行星齿轮典型断齿故障的动力学仿真

基于一种改进的行星齿轮箱集总参数模型,将断齿故障等效到时变啮合刚度中,建立了直齿行星齿轮的太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障和内齿圈断齿故障的动力学模型。以某单级行星齿轮为研究对象,考虑扭转方向外部激励,对其正常和各断齿故障状态下的动力学模型进行求解,对内齿圈垂直振动加速度信号进行分析。研究结果表明:只考虑扭转方向的外部激励时,正常状态下内齿圈最高点处的垂直振动加速度信号频谱中幅值最高的共振峰与模态能量分布相关;在各断齿故障状态下,内齿圈垂直振动加速度的有效值均大于正常值,时域波形中可看到不同形式的冲击,包络谱中可看到对应的故障特征频率及其倍频成分。     

考虑传递路径效应的行星齿轮箱断齿故障仿真研究

断齿是行星齿轮箱常见的一种故障形式。当行星齿轮箱发生断齿故障时,传感器采集到的振动信号由于传递路径的影响会变得复杂,给故障诊断带来困难。为了研究行星齿轮箱发生断齿故障时传递路径对频谱结构的影响,在Adams仿真平台中分别建立行星齿轮箱无故障、太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障及齿圈断齿故障的刚柔耦合模型并进行仿真,提取分析了系统不同状态下箱体的振动仿真信号。结果表明,在时域波形中,路径的变化会对箱体固定位置测量点处的振动信号产生明显的调幅作用;在频谱图中,啮合频率的两侧也会产生由不同频率组合的边带成分。该研究可为后续行星齿轮箱的故障诊断提供依据和参考。     

行星轮系中太阳轮断齿故障特性分析

行星齿轮箱的诸多传动优点使其越来越广泛地被应用于诸多机械设备中,其振动响应比定轴齿轮箱更为复杂,相应的动力学模型建立及故障诊断成为近年来的研究难点和热点。目前对行星减速轮系的建模分析大多都是建立在正常状态下,缺乏对故障状态下的行星轮系建模研究;对行星轮系进行故障特性分析时,缺乏振动机理方面的研究。针对现有研究的不足,建立了考虑振动传递路径时变效应的行星齿轮系统动力学模型;推导了太阳轮断齿故障下的时变啮合刚度表达式,通过对行星齿轮系统动力学模型的求解,分析得到了太阳轮断齿时系统的频谱响应特性;最后通过试验信号的对比,验证了动力学模型分析结果的准确性。     

基于多尺度排列熵的复合行星齿轮故障诊断研究

针对行星齿轮传动系统复合故障特征提取问题,以行星齿轮箱的运行状态为研究背景,建立了考虑路面随机激励下的行星齿轮箱复合故障动力学模型,利用多尺度排列熵对齿轮箱正常、断齿故障和复合故障时的振动信号进行了对比分析,通过对处于不同状态的行星齿轮箱进行分析,发现行星齿轮箱正常振动信号的多尺度排列熵值要高于单一断齿和复合断齿故障信号,熵值平均高出约5.3%,单一断齿的多尺度排列熵高于复合断齿故障信号,熵值平均高出约7.4%。研究结果证明,多尺度排列熵可以有效地诊断多排行星齿轮系统的故障类型。     

基于包络加窗同步平均的行星齿轮箱特征提取

行星齿轮箱由于行星轮通过效应、太阳轮与行星架的旋转及时变工况,导致其振动响应存在时变传递路径及非平稳性等特点,且传统的同步平均将不能直接应用于行星齿轮箱。笔者在国外加窗同步平均的基础上提出一种能有效克服时变传递路径及非平稳性的基于包络信号角域加窗同步平均的行星齿轮箱故障特征提取方法。首先,基于谱峭度提取出行星齿轮箱振动信号的包络信号;其次,再利用计算阶比跟踪技术对包络信号进行等角度重采样,行星架每旋转一圈,选择合适的窗函数对角域信号进行多齿宽加窗截取;最后,验证齿轮啮合齿序特征,根据重排齿序对加窗信号进行重构振动分离信号,对振动分离信号进行角域同步平均,提取行星齿轮箱故障特征。行星齿轮箱故障实测信号分析表明,该方法能有效提取行星齿轮箱故障特征。     

融合虚拟仿真与局部线性嵌入算法的变速箱振动测点优化研究

为克服某型行星变速箱故障试验测点选择依赖经验导致有效信息遗失或信息冗余的弊端,论文提出了一种融合虚拟仿真技术与局部线性嵌入算法的振动测点优化方法。在ADAMS软件中建立行星变速箱齿轮-箱体刚柔耦合动力学模型,对不同齿轮状态下箱体表面振动信号进行了仿真;在箱体表面初选传感器测点的基础上,仿真分析了各测点振动信号的各项特征参数;采用局部线性嵌入算法对测点特征参数所构成的高维特征矩阵进行降维,获得了不同齿轮状态下的测点敏感度排序,最后采用加权计算方法得到了振动测点重要度综合排序。结果表明,变速箱各行星排正上方箱体表面和左侧轴承正上方竖直方向测点对太阳轮断齿、行星轮断齿和正常工况区分均具有较高敏感度,可重点采集分析这些测点振动信号来反映齿轮状态,为后续实测试验打下了基础。     

两级行星齿轮断齿故障的动态特性分析

以风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统为研究对象,运用ADAMS软件建立系统的动力学模型,比较了第一级行星齿轮系统在健康状态下和太阳轮、行星轮、内齿圈分别发生故障时系统的动态响应以及断齿故障下的太阳轮啮合力的频域特性。结果表明,随着断齿程度的增加,啮合力的幅值明显增加,且太阳轮啮合力频域响应的倍频幅值会增大并伴随着低频区边频带越来越密集,第一级太阳轮断齿故障对第二级齿轮传动影响不明显。     

基于虚拟样机技术的故障行星齿轮系统接触力仿真

为了获得故障行星齿轮系统的接触力变化规律,建立故障行星齿轮系统的动力学模型,结合基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动的计算方法,对含有断齿故障的行星齿轮系统进行动力学仿真。结果表明,与正常行星齿轮系统的接触力相比,断齿故障的行星齿轮系统的接触力在时域中含有明显的周期性冲击;在频域中,不仅出现了故障频率,而且在啮合频率及其倍频处还出现了以故障频率为边频带的故障特征。通过对故障行星齿轮系统动力学研究,可以为行星齿轮系统故障诊断提供参考和依据。     

基于小波包能量谱和Hilbert包络分析的行星齿轮故障诊断

行星齿轮啮合振动信号噪声干扰大,难以诊断齿轮的故障。提出一种基于扭转振动信号的行星齿轮故障诊断方法。结合小波包能量谱和Hilbert包络分析用于轴系扭转振动信号进行识别行星齿轮的早期故障。将这种方法应用于行星齿轮箱在行星齿轮磨损和行星齿轮出现断齿故障状态下采集到的实际故障行星齿轮扭转振动信号,发现这种方法能识别两种状态下的行星齿轮故障特征。将小波包能量谱和Hilbert包络分析应用于两种故障状态下的横向振动信号,发现行星齿轮磨损故障不能准确识别。实验结果表明新方法对行星齿轮早期故障的识别更敏感、准确。     

风力机齿轮故障对传动系统的影响研究

建立风力机组齿轮传动系统的三维模型,利用ADAMS的模拟信号和实验信号对比分析,分别研究了不同转速时定轴齿轮断齿的单一故障及定轴齿轮齿根裂纹-行星齿轮断齿耦合故障,对传动系统上不同测点的影响。定轴齿轮断齿对各测点影响明显且频域分布特征基本一致,转速的变化不影响频域的分布,在高速级啮合频率、中速级啮合频率及2倍频附近有较强边频带;耦合故障时定轴齿轮裂纹对各测点高频区影响明显,行星轮断齿对故障源附近低频区影响明显,行星轮故障特征为啮合频率及其2、3倍频振幅明显,且存在明显边频;角加速度信号与实验信号主要特征频率分布基本吻合。     

行星齿轮传动系统断齿故障下动态特性研究

为了探究含故障因素行星齿轮传动系统的动态特性,结合Hertz接触理论和齿轮激励,建立考虑齿面接触特性的行星齿轮传动系统动力学模型,并且在模型中分别引入了行星轮、内齿圈、太阳轮3种断齿故障因素;分别模拟了传动系统在不同故障因素影响下的工作过程,通过分析动载荷谱、浮动轨迹来研究行星齿轮出现故障的情况下传动系统的动态特性。得出结论:与内齿圈断齿故障相比,行星轮、太阳轮断齿对系统造成影响更大;频谱图中低频区域的幅值所在频率和故障频率有着对应关系;太阳轮断齿故障因素使太阳轮浮动轨迹半径大幅增加。故障因素对系统动态特性影响的研究,可以为行星齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。     

钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,建立钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和试验模型,对SNS、SSS、SSN和NSS四种钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性进行理论分析与试验研究,分析组合方式对行星传动振动特性的影响。数值仿真与试验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮与行星轮和内齿圈与行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制传动系统的振动和噪声。     

基于自混合干涉的齿轮箱故障诊断技术

将激光自混合干涉（SMI）技术用于齿轮箱的故障检测,设计出一种新的齿轮箱故障检测传感器。采用QL65D5SA型半导体激光自混合传感器、冯哈勃2342l012CR空心杯减速电机自带的行星齿轮箱,搭建了行星齿轮箱故障SMI检测系统,并对行星轮Z1做断齿故障实验。通过对时域波形的分析,可以找到额定转频下的12个冲击点;通过对齿轮箱故障信号傅里叶频谱的分析,发现故障齿轮的啮合频率周围出现与故障齿轮特征频率和行星架转频呈整数倍关系的边带,且啮合频率处的波形幅值明显增大,这些都与齿轮副的理论振动模型相符合。     

基于扭振信号加窗RMS时域同步平均的行星齿轮箱裂纹故障诊断

行星齿轮箱具有结构紧凑、传动效率高、运行平稳等优点,被广泛应用于关键机械装备中.由于恶劣的工作环境,行星齿轮箱易产生齿根裂纹故障损伤且不易被识别,易造成安全隐患.扭转振动信号理论上不受行星架旋转引入的路径调制影响,相比于传统研究中的横向振动信号具有很大的优越性,频率成分简单,易于提取故障特征.为此,以扭振信号为分析对象,提出了一种加窗RMS(Root meam square)时域同步平均技术,实现行星齿轮箱的早期齿根裂纹故障诊断;并搭建故障模拟试验台,验证了该方法的有效性.     

基于时域同步平均与分离技术的齿轮箱振动信号混沌特性验证

通过对齿轮箱正常状态以及不同程度齿轮断齿故障振动信号进行分析,采用时域同步平均技术(Time synchronous averaging method,TSA)对振动信号进行预处理,而后分离信号中的非线性部分,并进行混沌特性验证。结果表明,该方法能够有效提取反映齿轮箱退化的混沌特性,证明了混沌现象普遍存在于齿轮箱运行的全过程中。     

基于最小熵反褶积的行星齿轮箱故障诊断

行星齿轮箱具有传动比大、传动效率高等优点,但比定轴齿轮有更复杂的结构,因常工作在恶劣的条件下,容易出现磨损或疲劳裂纹等故障。扭振信号因信噪比高、频谱结构简单等优点有利于对行星齿轮箱的故障诊断。所以针对重载、强噪声环境下行星齿轮箱故障特征的提取,提出了基于最小熵反褶积(Minimum entropy deconvolution,MED)的扭振信号时域分析方法,该方法通过反转滤波加强冲击特性从而提取行星轮的故障特征。通过对仿真信号和行星齿轮箱的扭振信号分析,在时域上提取了明显的故障冲击特征,并且较频谱分析能更直观清晰地看出故障特性。通过对不同负载情况下的比较,发现该方法对处于大负载情况下的故障诊断效果更佳。     

基于IHPS/ISPS滤波和Hilbert变换解调的齿轮断齿故障诊断

齿轮一旦发生断齿故障,就会产生周期性冲击,从而使啮合振动信号产生调制现象.有效提取调制信息,对于齿轮断齿故障的诊断至关重要.针对断齿故障特征信号被噪声淹没、滤波参数通常需要人为设定、断齿故障检出率低的问题,提出了一种改进的边带乘积谱算法(ISPS),以及基于IHPS/ISPS的自适应滤波与Hilbert变换解调相结合的齿轮断齿故障诊断方法.试验证明,该方法能有效分离被噪声淹没的故障特征信号,对于齿轮断齿故障的诊断,具有较大的应用价值.     

基于时域同步平均法的行星齿轮振动信号分离技术

基于某个特定的行星齿轮转过最小圈数后回到起始点这一特性,提出一种基于时域同步平均法的振动信号分离技术。由于实验采样时间较短,为了更快获取数据,根据行星齿轮啮合信号形状和齿宽,以及能量泄露小的特点,提出选择合适的窗函数—Tukeywin函数对信号进行加窗截取。选取窗宽为行星齿信号的一个齿宽,利用时域同步平均法对加窗信号进行相加平均,可提取到完整的行星齿轮信号。实验结果与对比分析表明,该方法简单且行之有效。     

浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动频谱模型

齿轮箱振动信号频谱结构的深入研究,对齿轮箱的故障诊断有很大帮助。但是到目前为止,还没有对齿圈浮动的行星齿轮箱频谱结构的相关研究。针对浮动式齿圈行星齿轮箱传动结构的特点,研究了振动信号传递路径对频谱结构的影响,得到了浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动信号的频谱模型。利用包络谱对故障信号的幅值调制进行分析,简化了故障诊断工作。最后,运用所提频谱模型进行了故障诊断试验,准确发现了变速箱中的故障。     

立磨减速机行星齿轮传动均载特性及其影响因素研究

综合考虑立磨减速机行星传动齿轮副时变啮合刚度、啮合阻尼、轴承支撑刚度、支撑阻尼,基于集中参数法建立了行星齿轮传动振动微分方程,采用龙格库塔法求解振动微分方程得到齿轮副的动态啮合力。研究了太阳轮、行星轮和内齿圈偏心误差对行星齿轮传动均载特性的影响。结果表明,太阳轮浮动时,行星齿轮传动获得较好的均载特性;且太阳轮浮动时,单一考虑太阳轮偏心误差、齿圈偏心误差比综合考虑太阳轮、行星轮和齿圈偏心误差具有更好的均载效果,整体上偏心误差对行星齿轮传动均载影响小;太阳轮不浮动时,系统均载特性较差。