含复杂断齿故障的行星齿轮动力学研究

针对行星齿轮在恒速、恒负载条件下局部断齿故障难以分析的问题，以行星齿轮传动系统为研究对象，利用能量法建立正常及具有局部断齿故障的齿轮刚度激励模型，通过改变齿轮断齿的长度求得在该条件下的刚度激励并进行对比分析，从而明确故障发生的机理；考虑行星齿轮刚度激励及啮合相位的影响，利用集中参数理论（Lumped Parameter Theory,LPT）建立相应的动力学模型；将求得的刚度激励代入建立的行星齿轮动力学模型，同时在MATLAB中利用自带的ode15s求解器进行求解。最后针对太阳轮y向振动的时域图像及其Fourier变换的频域图像进行分析，得出系统在出现不同程度的故障时的状态变化。该方法可较为准确地判断系统是否存在断齿故障以及断齿故障的严重程度。     

4340钢齿轮断齿原因

某4340钢齿轮在试验台上运行4 h后发生断齿,通过宏观观察、渗透检测、磨削烧伤检测、金相检验、化学成分分析、非金属夹杂物评定、平均晶粒度评定、硬度测试、渗氮层深度测定、扫描电镜和能谱分析对齿轮断齿原因进行了分析。结果表明：由于齿轮在运行前已存在淬火裂纹,在齿轮运行过程中啮合受力,裂纹扩展导致断齿。     

双联行星轮断齿原因

某型矿车电动轮上的双联行星轮在运行过程中发生断裂。采用宏观观察、扫描电镜分析、金相检验、硬度测试等方法分析了该行星轮断裂的原因。结果表明：行星轮断齿处呈典型的疲劳断裂特征；裂纹源位于距离齿根次表面约2 mm位置，裂纹源处存在平行于齿宽方向的大尺寸纺锤形氧化铝夹杂物，裂纹从该处萌生并扩展，最终导致行星轮发生断裂。     

齿轮传动系统中行星轮断齿故障特征分析

为识别齿轮传动系统中行星轮断齿故障特征及其连带的故障本质特征,建立了2级定轴齿轮+1级行星轮的风电齿轮传动系统量纲-动力学方程。对比研究正常与行星轮断齿故障状态下系统随激励频率变化的故障特性。通过研究发现了行星轮断齿故障引发的脱齿-碰撞现象,断齿故障特征及连带故障特征。依据仿真结果识别出实验信号中无法确定的由行星轮断齿故障引起的连带故障信号,诊断出故障特征表现微弱的行星轮断齿故障。     

行星齿轮断齿故障动力学仿真与故障提取

行星齿轮在运动中部件会弹性变形,为此,在刚体动力学模型中引入柔性体的方法,基于ADAMS多体动力学仿真软件,对某船用行星齿轮进行刚柔耦合仿真。在太阳轮出现断齿时将太阳轮和行星架设置为柔性体,重点考虑运动仿真中这两个部件的变形。将发生故障后的动力学响应与正常状态进行对比,比较故障后柔性部件和刚性部件加速度频谱信号的異同,分析断齿故障特征和对应的故障频率。     

齿轮传动系统耦合故障下的故障特性研究

为识别齿轮传动系统实测信号中的未知成分,建立含定轴裂纹故障及行星轮断齿故障的两级定轴齿轮+一级行星轮齿轮传动系统无量纲动力学方程。对比研究正常与耦合故障状态下的分岔特性,及不同激励频率下的Poincaré截面及频谱图,分析耦合故障引起的故障频率特征;通过仿真分析发现:行星轮故障对高转速敏感,定轴故障对低转速敏感,而二者的耦合使定轴齿轮振动频域上出现相互关联的频率峰值;不同激励频率下两种故障的频率特征及贡献不同。仿真结果发现,实测信号中未知峰值及故障频率的成因。     

粉末冶金齿轮失效分析研究

通过对发生断齿的粉末冶金齿轮进行了金相分析、扫描电镜断口分析及化学成分分析等,分析结果发现,粉末冶金齿轮断齿原因是齿轮烧结质量不好所致.     

行星轮系动力学仿真分析与故障诊断

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。为了研究行星齿轮传动的故障机理,揭示其故障特征,本文建立了行星齿轮系统的动力学模型,研究了齿轮裂纹对齿轮啮合刚度的影响,得出了齿轮正常、太阳轮裂纹和行星轮裂纹等三种状态下系统的频率特征,总结了故障特征频率;最后试验验证了仿真结果的有效性,得出的故障特征频率可用于行星轮系的故障诊断。     

轧机减速箱重载齿轮断齿分析

对机减速箱重载斜齿轮断齿从化学成分、金相、断口等方面做了综合分析.)断口分析表明,裂纹萌生于应力最大的齿接触表面和次表面,断口呈现疲劳辉纹特征.金相检验证实裂纹源区存在硫化物夹杂.综合分析表明,夹杂物尖端的应力集中导致齿轮裂纹源的萌生,而后在接触应力作用下裂纹逐渐扩展导致接触疲劳断裂.     

齿轮断裂原因分析

某摩托车发动机上齿轮在安装试车时发生断齿。采用宏、微观检验和化学成分分析等方法,对断裂齿轮进行了分析。结果显示,失效齿轮表现为过载断裂特征,表明齿轮安装不当,运行时承受很大的应力,同时在齿根部位存在的黑色组织,降低了材料的力学性能,引发裂纹的产生。在上述因素的共同作用下导致齿轮断裂。     

高线3H减速箱小齿轮断裂失效分析

由于齿轮表面的接触应力超过了齿轮的接触疲劳极限,造成了齿面的局部损伤(齿面剥落),裂纹首先在次表层产生,裂纹扩展后齿面被压碎,同时造成齿面渗碳层连同齿顶剥落,同时由于该齿轮没有及时的停机,碎的齿块夹入其余运转的齿中,增加了齿轮的载荷,这样就在比较短的时间内劣化扩展开来,断齿快速增加促使部分齿从根部疲劳断裂.     

钻井泵齿轮轴断齿分析

采用化学成分分析、力学性能测定、金相检验以及断口宏、微观分析等方法，对钻井泵齿轮轴断齿进行了分析。结合对钻井泵服役过程、齿轮轴与曲轴大齿圈相互配合位置关系的调查，以及齿轮轴齿轮弯曲疲劳强度的校核等，认为，齿轮轴断齿主要是由于主轴承螺栓在断裂过程中，使齿轮轴与大齿圈的啮合错位、齿轮偏载，局部在冲击弯曲疲劳作用下萌生裂纹，最终导致疲劳断裂。齿轮轴材料的脆性较大也促进了这一过程的发生/     

基于刚柔耦合的综合传动汇流行星排断齿故障动态特性仿真研究

针对综合传动装置中的汇流行星排,为了掌握实际工况下断齿故障对其动态特性的影响,基于多柔性体动力学(MFBD)技术,在RecurDyn中建立了刚柔耦合多体动力学仿真模型,得到了行星齿轮的动态应力分布云图,确定了危险点的位置,并对考虑柔性变形前后的动态响应特征进行了对比分析;在此基础上建立了汇流行星排的断齿故障仿真模型,并利用其接触力及加速度信号的对比分析进行时频域上的故障特征提取,研究结果可为汇流行星排的故障诊断、寿命预测等提供一定的依据。     

工业变速箱输出齿轮轴断齿原因分析

工业变速箱中的输出齿轮轴在服役过程中发生断齿失效,本文通过宏观断口分析和系列理化检测,对输出齿轮轴断齿的原因进行了分析.采用了宏微观形貌、背散射图像与能谱面扫描、点扫描相结合的分析方法,准确分析出裂纹源处分布有较多的夹杂物及其化学成分,判定该输出齿轮轴断齿的原因为:钢在冶炼过程中除渣不彻底,局部区域有夹杂(渣)物聚集,...     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。     

基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法

为实现风电机组齿轮箱及时有效地监测和维护,提出基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法。该方法针对齿轮裂纹振动信号为转速频率对啮合频率及其倍频调制的特点,利用小波包分解来识别振动信号中的故障特征,通过小波包频带能量监测得到故障部位的啮合频率范围;考虑到倒频谱可以分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分,基于倒频谱识别故障部位的转速频率,综合利用两种频谱分析方法得到的啮合频率和转速频率,能诊断故障部位和类型。实验研究表明,该方法能精确地诊断齿轮裂纹故障,并可以实现对风电机组齿轮在复杂环境中退化状态的监测,预防断齿等重大故障的发生。     

风机齿轮箱齿轮失效分析

某发电厂的风力发电机在运行中齿轮箱出现故障,经现场检查发现在风机某一级传动齿轮中有一个齿轮出现断齿现象,断裂部位在轮齿的中间腰部位置.为了判断风机齿轮箱的断裂性质及原因,对风机齿轮箱断齿残片进行了宏微观观察,对断齿残片基体及断口源区进行了能谱分析,测定了断齿表面残余应力,还对齿轮进行了断口定量分析.结果表明,风机齿轮箱齿轮轮齿失效性质为弯曲疲劳断裂.可基本排除齿轮设计、材质、使用维护方面的异常,齿轮断裂原因在于断裂部位存在夹渣缺陷.     

装载机驱动桥大螺旋齿轮断齿失效分析及改进措施

在某装载机驱动桥大螺旋齿轮的开发过程中发现,齿轮在工作一段时间后出现早期断齿失效的情况。通过宏观检验、断口分析、化学成分分析、硬度以及金相检验等方法,对大螺旋齿轮断齿失效原因进行了分析。结果表明:齿根圆角曲率半径和啮合斑点尺寸过小以及轮齿心部硬度较低,导致齿轮根部应力集中作用加强是该大螺旋齿轮轮齿过早疲劳断裂失效的主要原因。最后根据断齿失效原因,对大螺旋齿轮进行了相应的改进,并取得了良好的效果。     

基于振动分离信号构建和同步平均的行星齿轮箱轮齿裂纹故障特征提取

行星齿轮箱由于行星轮的行星运动导致其振动传递路径存在时变性,其振动响应与常规定轴齿轮箱振动响应有着本质的区别,传统的同步平均并不能直接应用于行星齿轮箱。为解决该问题,国外发展了可有效克服行星齿轮箱变传递路径的加窗同步平均法,详细论述了基于振动分离信号构建和同步平均的行星齿轮箱轮齿裂纹故障特征提取的原理及其实现。该方法首先验证齿轮的啮合齿序特征,根据齿序特征选择合适的窗函数对信号进行加窗截取,再根据重排齿序和加窗截取信号构建目标齿轮振动信号,最后对振动分离信号进行同步平均。行星齿轮箱齿根裂纹故障实测信号分析表明,该方法能有效的对行星齿轮箱进行故障特征提取。     

行星齿轮减速器总成失效分析

某运载车辆在行驶了约6000km后一套行星齿轮减速器总成失效.根据齿轮的硬度、化学成分、金相组织以及断口分析结果,综合行星齿轮减速器的工作原理,最终确定外齿圈为肇事件.行星齿轮减速器外齿圈淬火区不完整导致齿面局部硬度偏低,致使外齿圈齿面发生疲劳磨损是导致此次故障的根本原因,行星齿轮心部硬度偏高也促进了轮齿的断裂.