小倾角船用齿轮箱耦合系统固有特性研究

小倾角船用齿轮箱由于输入轴与输出轴存在一个夹角,使螺旋桨获得一个入水角,可广泛应用于高速快艇和游艇上,开展小倾角船用齿轮箱系统动态特性研究具有重要的意义。论文以某小倾角船用齿轮箱为研究对象,通过支撑轴承把传动子系统和结构子系统耦合起来,建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统三维有限元动力学分析模型。用Lanczos方法对系统固有特性进行了分析,获得该小倾角船用齿轮箱固有频率和振型。用锤击法对该小倾角船用齿轮箱固有特性进行了试验模态分析,验证了理论分析的正确性,为小倾角船用齿轮箱的动态性能和优化改进奠定基础。     

基于瞬时转速armax模型的柴油机指示扭矩估计方法研究

针对目前国内外各种指示扭矩估计方法的优势与不足,基于柴油机非线性动力学模型,提出通过瞬时转速估计指示扭矩的方法。文中引入当量角加速度概念,消除了柴油机的动力学模型非线性项影响。将当量角加速度视为柴油机系统输入,指示扭矩视为输出,考虑系统的非平稳性,通过建立armax模型,得到量角加速度和指示扭矩之间传的传递函数,从而实现基于瞬时转速的指示扭矩估计。     

采用力偶型径向柱塞马达的新型调速回路特性分析与试验

针对变量泵-定量马达容积调速回路调速范围有限,变量泵-变量马达调速回路结构复杂的问题,故提出采用力偶型径向柱塞马达的新型恒转矩调速回路。该马达输出轴的径向力平衡,通过力偶输出转矩,马达的一个壳体内可以形成内、外两个马达;在输入压力和流量不变的情况下,通过不同的配流方式可以输出三种转矩和转速,更能满足多种工况需求;三级恒转矩调速回路在三种工作方式下产生不同的动态特性,内马达单独工作时的动态特性较好。利用AMESim软件进行仿真分析并搭建实验台对力偶型径向柱塞马达新型调速回路进行试验分析,试验数据验证了新型调速回路可增加系统的转速转矩范围,丰富了力偶型径向马达的应用领域。     

履带车辆台架试验台负载模拟方法研究

针对履带车辆台架试验台路面负载、惯性负载模拟问题,推导履带车辆整车等效惯量,建立履带车辆以主动轮输出扭矩为输入、主动轮速度为输出的动力学模型,通过对电机加载系统建模及控制器设计,根据系统特性,提出用速度跟踪结合扰动观测器的控制方法解决负载模拟问题,速度跟踪模块采用的单边速度闭环双边扭矩加载可减少程序的运算量及提高负载模拟精度。台架系统试验结果验证了设计方法的有效性及精确性。     

基于理论建模和ARX模型的定位平台系统辨识

为了解精密定位平台的系统特性,建立了单输入双输出动力学模型,并设计相应的定位实验。对原始实验数据进行离散数据插补和归一化处理,在实验数据和动力学模型的基础上,采用最小二乘法进行未知参数的辨识。采用基于ARX模型的系统辨识方法对内工作台系统进行辨识。两种辨识结果的对比显示,基于ARX模型的辨识结果与实际数据更加吻合,适合描述系统特性;而基于理论模型的辨识结果则更加贴近系统实际结构,对系统结构优化有指导意义。     

基于CHMM的齿轮箱状态识别研究

针对离散隐Markov模型(HMM)在状态识别中的不足,结合齿轮箱全寿命实验数据,研究了基于连续隐Markov模型(CHMM)的状态识别方法。建立了基于齿轮箱原始振动信号的CHMM状态识别框架,提出了基于K均值算法和交叉验证相结合的状态数优化方法,通过计算待确定观测数据的极大似然概率值来确定齿轮箱当前状态。结果表明,用原始振动信号作为CHMM的输入可以实现状态识别,验证了模型的有效性,为齿轮箱基于状态的维修提供了科学依据。     

基于啮合频率和频谱校正的风电齿轮箱振动信号阶比跟踪分析

克服风电齿轮箱输入转频能量低、输出转频混叠,难以直接提取转速信号的难点,提出了一种基于啮合频率和频谱校正的风电齿轮箱振动信号阶次跟踪方法。该方法利用能量重心法精确估计瞬时啮合频率,间接获得转速信号,进行阶次跟踪,提取风电齿轮箱的运行状态特征。仿真和工程应用结果验证了该方法的有效性和实用性。应用所提方法获得了正常风电齿轮箱振动信号的边频带特性:1)行星轮系的啮合频率同时被太阳轮和行星架的转频调制;2)定轴轮系啮合频率被输出轴的二倍频调制,双弹性支撑导致正常风电齿轮箱输出轴天然地存在轴不对中现象。     

大功率船用齿轮箱试验模态分析*

由于大功率船用齿轮箱的特殊使用工况,其性能要求远远高于其他齿轮箱。论文对某大功率船用齿轮箱结构和传动原理进行分析,根据试验模态分析的基本原理和方法,利用最小二乘法对频响函数进行优化,并利用单模态识别法对大功率船用齿轮箱进行模态参数识别,得出系统的前20阶固有频率和阻尼,结果表明该船用齿轮箱系统的转频、啮合频率远离固有频率,系统不存在共振现象。但考虑齿轮箱实际工作的复杂性,在系统转速变化达到临界转速时存在较为剧烈的共振现象。试验结果可为进一步系统研究动态特性提供分析依据。     

基于粒子滤波的多模态振动信号在线跟踪

针对多模态振动信号的在线监测和跟踪,提出基于随机子空间（SSI）和粒子滤波（PF）算法的仿真振动信号在线监测和跟踪方法。通过SSI算法提取得到振动系统的模态主频和阻尼比,根据振动系统模型模态主频和阻尼比的计算公式,得到系统的状态矩阵和输出矩阵。将计算所得状态矩阵和输出矩阵代入状态方程,利用PF算法进行信号的在线监测和跟踪,实现信号的降噪处理和预测分析。对于大型机械、桥梁等建筑物,对其进行在线监测保障其正常营运对社会经济发展具有深远影响。文中利用SSI算法提取系统的模态参数,进一步构建振动系统的状态矩阵和输出矩阵,并利用PF算法进行信号滤波抑噪和预测,在此基础上可以对结构状态实施在线监测及预警控制,实际大桥斜拉索振动信号测试也表明本文算法可以提供稳定可靠的信号跟踪与预测技术。     

基于瞬时转速波动率的内燃机故障诊断方法研究

内燃机的瞬时转速包含着各个缸燃烧状态的重要信息,可以用于分析各个缸做功状态,诊断缸体点火相关故障,如燃料泄漏、气门泄漏和点火异常等故障。通过模型建立从理论上分析瞬时转速与气体压力扭矩、往复惯性力扭矩和阻力矩之间的关系,提出4个特征参数表征瞬时转速波动率波形及谐波特征,并通过仿真数据和实测故障数据证明瞬时转速波动率对于分析诊断内燃机点火故障的有效性,实现内燃机点火状态的早期预警。     

Study on performance and continuous durability test of single input multi output power take-off (PTO) gear box

The power take-off (PTO) gearbox is widely used for special vehicles, large construction machinery, industrial machinery and ships, to distribute the power of a single input shaft from an engine or a motor to several shafts or to collect several shafts by single shaft power (Torque × rotation speed). The super large hydraulic excavator is equipped with a power take-off (PTO) gearbox between the main engine and a number of pumps for the purpose of improving the fuel efficiency and improving the system efficiency. The power take-off (PTO) gearbox of a large hydraulic excavator with a body weight of 100 ton ( = 10⁵ kg) is connected with two large hydraulic pumps and one small hydraulic pump on three output shafts and different axial loads are generated depending on the working characteristics of the excavator. In this paper, we evaluated the performance and durability of a power take-off (PTO) gearbox of a large hydraulic excavator with a 100-ton body weight. The test evaluation criteria for non-fault life time calculation, performance and accelerated life test were established, and the types and characteristics of acceleration test equipment were analyzed. The torque distribution with the use of the gear phase difference to maintain the gearbox output condition was investigated, and energy was saved by circulating experimental power while controlling speed and load with two electric dynamometers. We analyzed the life of the gearbox by analyzing the metal particles generated in the lubricating oil of the gearbox.     

考虑结构柔性的多级齿轮箱变速过程动态特性研究

为了满足齿轮箱在变速过程中的分析需求,在集中参数/有限元法基础上提出一种适合变速过程分析且考虑结构柔性的多级齿轮箱耦合动力学建模方法.为验证所提方法的有效性,以某型直升机主减速器为研究对象,构建其耦合动力学模型;模型中考虑了传动轴和箱体结构的柔性,并将齿轮时变啮合刚度和综合啮合误差表示为齿轮角位移的周期函数.研究了多级...     

齿轮箱典型故障振动特征与诊断策略

准确地提取各种典型故障的特征是进行齿轮箱故障故障诊断的关键。通过大量的实验,对齿轮箱中的齿形误差、齿轮均匀磨损、箱体共振、轴轻度弯曲、断齿、轴不平衡、轴严重弯曲、轴向窜动、轴承疲劳剥落和点蚀等九种典型故障进行分析,总结其振动信号的时频域特征,并在此基础上提出采用基于建档案的两时域（原始时域和包络时域）三频域（频谱、细化谱、解调谱）的诊断方法,为齿轮箱智能诊断系统的研制打下良好的基础。     

MIMO线性系统输入输出信号统计特征的双谱评定方法

基于高阶统计量具备处理随机信号的特性,提出了一种利用三阶谱(双谱)评定MIMO线性系统时域输入输出信号统计特征的新方法。通过建立线性系统双谱数学模型,根据系统响应、所测得的频响函数以及离散信号的双谱数值估计算法,经逆运算获得系统的双谱驱动信号,随后利用高阶谱对高斯随机信号的盲性判定其输入信号的高斯性。将上述方法与采用传统相位随机化法(对功率谱添加随机相位)所获得的驱动信号分别应用于一悬臂梁模拟控制系统中,通过对输入信号的分析及控制结果的比较,发现基于双谱所生成的时域随机驱动信号呈现出较强的非高斯性且收敛速度更快。对于输出信号统计特征的评定,提出从输入信号与系统频带接近的程度入手,再次利用高阶统计量对高斯随机信号的盲性进行定性判定,对于无法判别满足何种非高斯统计分布特征的,不管是对于输入信号还是输出信号,一律采用绘制信号的概率分布特征曲线进行定量评定。     

齿轮箱非同步特征信号的提取方法研究

在分析时域平均的基础上,通过将齿轮箱输入轴瞬时速度的三次曲线拟合和信号重采样相结合,提出了非同步特征信号的时域平均提取方法.时域平均对从噪声中提取特定周期信号是比较有效的方法,但当信号的故障特征频率未知或存在多种故障时,该方法不能获得满意的诊断效果,而频域平均能较好的实现该类故障的特征提取.基于早期故障信号的特点,提出了将多分辨分析的经验模态分解方法与频域平均相结合的故障特征提取方法.试验结果表明,所提出的时频域平均方法能有效地实现齿轮箱非同步特征信号的提取.     

高速列车谐波转矩振动分析及自抗扰控制

高速列车在实际运行过程中,当路面不平顺、车轮磨耗或者列车由明线运行到突然进入隧道均可能会引起转矩脉动,引起齿轮箱振动加剧。为研究谐波转矩波动幅值对高速列车牵引齿轮箱振动加速度的影响,建立考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、齿侧间隙的齿轮传动系统与三相异步动态电机耦合的机电传动系统模型,在Simulink平台上分析牵引传动系统在谐波转矩幅值变化的工况下齿轮箱输入端振动加速度特性。结果表明,谐波转矩增大使齿轮箱振动加速度加大,且横向振动加速度增加最明显。耦合系统叠加混合型自抗扰控制器(ADRC)后,对谐波转矩引起的齿轮箱横向振动具有较好的抑制作用。     

液体黏性软启动装置输出轴的有限元分析

针对液体黏性软启动装置的工作特点,要求输出轴传动力矩和输出转速变化范围较大,轴变形应该保持在较小范围内,输出轴的性能对液体黏性软启动装置正常工作有重要影响,需要对输出轴的结构作进一步分析.通过建立液体黏性软启动装置输出轴的Pro/E三维模型,采用有限元软件ANSYS Workbench对启动装置的输出轴进行有限元分析,确定输出轴的变形和应力状况,计算输出轴的模态和疲劳损伤.仿真结果表明：输出轴损伤最大部位位于较粗轴端键槽一侧.提出了一些改进措施,为液体黏性软启动装置输出轴的结构设计和疲劳寿命估算提供参考依据.     

The effects of quantization noise and sensor nonideality on digitaldifferentiator-based rate measurement

This paper focuses on the nature of the rate error which arises when a first-order digital differentiator is applied to the output of a uniform quantizer for the purpose of rate estimation. The quantizer input is assumed to be a constant-rate signal which is subject to a uniformly distributed noise source. New formulae are presented for the corresponding rms and spectral error characteristics. The results are applicable to the signal processing of sensor outputs, exemplified by the shaft encoder-based velocity estimation of an almost uniformly rotating mass. Both computer-generated finite data sets and experimental data derived from encoder-based shaft velocity measurements are utilized to verify the theoretical results. The results described are also applicable to a more general class of systems which involve the digital differentiation of quantized, noise-affected signals, such as first-order sigma-delta modulators with nominally constant input     

A prognostic method for fault detection in wind turbine drivetrains

In this paper, a prognostic method is presented for fault detection in gears and bearings in wind turbine drivetrains. This method is based on angular velocity measurements from the gearbox input shaft and the output to the generator, using two additional angular velocity sensors on the intermediate shafts inside the gearbox. An angular velocity error function is defined and compared in the faulty and fault-free conditions in frequency domain. Faults can be detected from the change in the energy level of the frequency spectrum of an error function. The method is demonstrated by detecting bearing faults in three locations: the high-speed shaft stage, the planetary stage and the intermediate-speed shaft stage. Simulations of the faulty and fault-free cases are performed on a gearbox model implemented in multibody dynamic simulation software. The global loads on the gearbox are obtained from a dynamometer test bench and applied to the numerical gearbox model. The method is exemplified using a 750 kW wind turbine gearbox. The case study results show that defects in the high- and intermediate-speed bearings can be detected using this method. It is shown that this procedure is relatively simple, yet accurate enough for early fault detection in wind turbine gearboxes.