基于动力学仿真的行星轮系损伤检测方法

为了解决行星轮系的损伤检测问题,提出了基于动力学仿真的损伤检测方法。针对2K-H行星轮系,首先建立了健康与损伤状态的动力学模型,在分析模型仿真信号的基础上,提取了基于残差信号频谱边带的特征,然后采用仿真信号和试验数据对该特征进行了验证。验证结果表明,对于太阳轮缺齿损伤,该特征不仅具有理想的检测效果,而且具有较强的抗干扰能力。     

基于PCA和灰色关联的齿根裂纹损伤程度识别

在齿轮齿根裂纹故障检测方面,利用倒频谱分析可以比较损伤程度的轻重,但很难具体量化损伤程度范围。为实现损伤程度的量化检测,提出采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与灰色关联分析(Grey Relational Analysis,GRA)相结合的方法。首先,利用能量法计算含不同齿根裂纹的齿轮副时变啮合刚度,分析不同损伤程度的响应,并结合损伤检测统计指标进行量化检测,通过PCA算法,对多维损伤检测统计指标进行降维优化后,计算待检目标序列与各个比较状态序列的关联度,用关联度表征裂纹损伤程度。在理论仿真的基础上,进行实验验证。结果表明,倒谱分析可有效地识别出齿根裂纹故障,损伤程度越大,倒谱的尖峰幅值越大。PCA与GRA结合算法与GRA算法计算的关联度相比更大,区分度也更加明显。并可以有效地量化待检目标的损伤程度,为齿根裂纹的定量识别提供理论依据。     

复合行星轮系故障诊断方法研究进展

复合行星轮系在大型武器装备和能源装备中得到了广泛应用,是装甲车辆、直升机、风力发电机等传动系统变速换挡的核心部件,其零部件繁多、自由度高且含有多级行星排。高速重载的运行环境经常导致行星轮系的太阳轮、行星轮等关键零部件出现磨损、疲劳裂纹、断齿等故障,降低了设备的使用安全性和可靠性。开展行星轮系的故障诊断研究对降低其维修保障成本、最大化使用效率和提高运行可靠性具有重要意义。振动信号常用于行星轮系典型故障的诊断,由于行星齿轮箱的振动信号具有噪声强烈、频率分量多、幅频调制复杂等特点,使得其故障诊断极为困难。综述了复合行星轮系的结构特点和故障诊断的难点,从动力学分析、信号降噪、多分量信号解调、多信息融合等方面系统阐述了复合行星轮系故障诊断国内外研究现状,提出了该研究领域目前存在的重点和难点。     

局部裂纹故障行星传动系统固有特性分析

建立2K—H行星传动纯扭转模型;运用韦伯法计算正常、太阳轮局部裂纹故障和行星轮局部裂纹故障的内外啮合刚度;对正常模型和裂纹故障模型进行固有特性分析,通过对比发现太阳轮故障对2、3、5阶固有频率影响较大,行星轮故障对2、3、6阶固有频率影响较大,且行星传动系统在裂纹故障影响下不存在振动模式划分规律。为行星轮系动力学分析奠定基础,对行星传动系统设计和故障齿轮系统进行诊断有重要的价值。     

基于EEMD的行星齿轮箱齿轮裂纹损伤定位

针对行星齿轮式变速箱的齿轮裂纹损伤难以提取特征频率和定位的问题,提出基于总体平均经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)的齿轮局部损伤频率解调分析方法。该方法在建立的齿轮局部损伤振动信号模型的基础上,分别对太阳轮、齿圈、行星轮的裂纹损伤信号进行EEMD分解和频率解调分析,通过频谱图提取齿轮的局部损伤特征频率,从而识别变速箱中裂纹损伤齿轮的位置。综合仿真分析和试验结果表明,基于EEMD的齿轮局部损伤频率解调分析方法可以有效地提取太阳轮、齿圈和行星轮的裂纹损伤特征频率,实现行星齿轮式变速箱中齿轮裂纹损伤的定位。     

基于扭转振动信号的行星齿轮箱齿根裂纹故障动力学仿真

基于振动的分析方法在行星齿轮箱齿根裂纹故障诊断中得到了广泛的应用.与传统的横向振动信号相比,扭转振动信号理论上不受时变传递路径的调制影响;其频率成分简单,易于提取故障特征.对动力学模型中提取的扭转振动信号进行分析,实现了齿根裂纹故障诊断.建立了健康行星齿轮箱的刚柔耦合模型并进行了验证;基于健康行星齿轮箱的模型,建立了3种构件的裂纹故障模型,提取了故障行星齿轮箱的动态响应信号;通过分析横向振动信号和扭转振动信号来诊断齿根裂纹故障.结果表明,采用扭转振动信号诊断行星齿轮箱轮齿裂纹故障是可行的,其相比传统的横向振动信号更具优越性.     

基于刚柔耦合模型的行星齿轮机构裂纹故障研究

行星齿轮机构行星轮裂纹故障存在难以诊断的问题,为了对行星齿轮机构行星轮裂纹故障进行更好的诊断,以某型汽车行星齿轮机构为例,基于该机构刚柔耦合动力学模型,对其行星轮裂纹故障信号频谱图特点进行了研究。首先,采用SolidWorks软件,建立了行星齿轮机构行星轮裂纹故障三维模型,利用ANSYS APDL软件将模型中需要布置传感器的部位设置为柔性体;然后,在ADAMS软件中建立了行星齿轮机构刚柔耦合动力学仿真模型;之后,采用ANSYS Workbench软件,对齿轮裂纹故障进行了啮合静力学分析,建立了行星轮的裂纹故障模型;最后,通过对齿轮机构进行刚柔耦合动力学仿真分析,得出了该行星齿轮机构行星轮裂纹故障模型的信号特征。研究结果表明：在行星轮裂纹故障频谱图中,信号的峰值均与啮合频率或其倍频相对应,而啮合频率处的局部峰值均与行星轮故障频率有关。     

基于载荷谱工况的轮边减速器刚柔耦合动力学与疲劳寿命评估

针对装载机驱动桥轮边减速器齿轮系统的疲劳问题，开展了其动力学仿真与疲劳寿命评估。首先，基于刚体动力学与刚柔耦合动力学，分析了太阳轮与行星轮接触力的变化情况，并与接触力理论计算值对比，验证了模型的可信性；而后，将太阳轮考虑为柔性体，提取了齿根疲劳危险点的应力时间历程，对应力时间历程进行了峰谷抽取与小波去除，结合Goodman公式修正了平均应力的影响，编制了一维应力谱；最后，依据线性疲劳损伤累积准则对太阳轮齿根的裂纹萌生寿命进行了计算评估，并与实验结果进行了对比。结果表明，基于刚柔耦合动力学模型的太阳轮的裂纹萌生寿命为42 709 h，与两次实验结果的相对误差分别为1.5%与3.7%，验证了评估方法的合理性，为齿轮系统的优化与抗疲劳设计提供了参考。     

直齿轮系齿根裂纹损伤程度检测方法

为了实现直齿轮系裂纹损伤程度的检测,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,简称PCA)及灰色理论相结合的方法。首先,建立直齿轮系动力学模型,通过仿真获得不同裂纹损伤程度下直齿轮系振动信号,基于现代信号分析方法(包括时域方法和频域方法),提取振动信号中齿轮损伤变化敏感的多个故障行为特征参数;其次,通过PCA方法与灰色关联分析算法对多维特征参数进行优化、降维;最后,用关联度表征裂纹损伤程度从而实现对直齿轮系裂纹故障的程度检测。由动力学模型的仿真数据的分析表明,运用笔者提出的PCA及灰色理论相结合的方法检测直齿轮系裂纹故障比直接对特征参数定阈值的检测方法关联度数值提高了16%,从而证明了该方法的有效性。     

基于ADAMS的两级行星轮系几何偏心故障特性研究

为获得几何偏心故障状态下两级行星轮系的传动特性,开展了仿真实验研究。以MW级风机齿轮箱中两级行星轮系为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立了相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行了健康、第二级太阳轮几何偏心0.1 mm和0.2 mm这3种状态的动力学仿真。结果表明:两级行星轮系中,第二级太阳轮几何偏心故障对第一级行星轮系动态特性影响不明显,对第二级行星轮系动态特性影响较大;齿轮几何偏心故障状态下,故障频率的幅值随着几何偏心程度的增大而增大,啮合频率及其倍频的幅值随着几何偏心程度的增大而减小;边带啮合频率幅值比可以作为几何偏心故障的判别依据,可以通过该值来监测几何偏心故障的变化趋势。研究结果可以为两级行星轮系的几何偏心故障诊断提供一定的理论参考依据。