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。     

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。     

1.5MW风力发电机行星齿轮机构动力学仿真

基于三维软件Pro-E,建立1.5 MW风力发电机行星轮系传动系统模型,并导入ADAMS进行刚体动力学仿真,得知易受损齿轮为太阳轮。将该齿轮通过ADAMS与ANSYS刚柔动力学分析,得到其应力云图,为以后齿轮箱设计提供数据基础。     

含断齿故障的齿轮系统动力学分析

考虑了时变啮合刚度及非线性间隙,并考虑了断齿引起齿轮系统的质量偏心,综合建立了单级直齿圆柱齿轮扭转振动模型。通过多尺度法分析了振动模型的主共振及组合共振,并由奇异性讨论了不同质量偏心引起的不同分岔模式,全面地展示了断齿故障的动力学机理,从而为齿轮系统断齿故障的诊断提供坚实的理论基础。     

行星齿轮传动系统刚柔耦合建模及故障特性仿真研究

针对某型坦克行星变速箱的K3行星排,为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响,运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件,建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析,验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应;通过分析危险节点应力变化曲线,得到应力极大值时刻等效应力分布云图;阐明了轮齿剥落...     

多级行星齿轮传动动力学仿真研究

为获得多级行星传动的动力学特性,应用动力学仿真软件ADAMS,建立其动力学模型,对啮合过程进行仿真计算,并与理论结果对比。结果表明,仿真结果与理论结果是一致的,各级行星传动具有相同的动力学特性,其啮合传动时接触力的幅值波动显著,随轮齿的啮入到啮出,具有明显的周期性,并与行星轮的啮合频率相关,接触力频谱中都包含相应的行星轮啮合频率及其2倍频,证明了该模型的准确性以及可行性,为进一步研究多级行星传动的运动特性、有限元分析、优化设计提供了基础数据。     

全矢谱-ARMA模型的齿轮断齿故障强度预测研究

齿轮传动作为机械传动主要形式之一,应用极为广泛,设备在高速运转下,一旦发生齿轮断齿故障将会带来巨大的经济损失以及人员伤害,为让损失降到最低,需要做到故障强度早知道,因此设备故障强度预测显得尤为重要。单通道预测方法由于获取振动信息不完善,导致预测结果一致性差,从而不能很好地实现故障强度的预测。通过全矢谱获得的频谱结构具有唯一性的特点,能够很好地弥补单通道的不足,在此基础上,将时序预测方法 ARMA模型与全矢谱技术相结合,提出了全矢-ARMA模型预测方法,并把该方法应用到齿轮断齿故障强度预测研究中。实验表明,该方法预测齿轮断齿故障强度结果与实际较吻合。     

风力机行星齿轮传动系统动力学研究综述

风力机行星齿轮动力学研究对降低其振动和噪声、延长风力机使用寿命和提高运行可靠性具有重要意义。行星齿轮传动自由度多、结构复杂、非线性因素和内部激励丰富,而且风力机外部激励复杂,国内外学者已对其进行较为广泛、深入的研究。从系统建模、动力学方程求解、动力学特性分析、动力学优化设计等方面系统评述国内外学者对行星齿轮系统动力学的研究现状,从固有特性、参数稳定性、非线性动态响应等方面详细介绍动力学特性的研究进展,其中齿侧间隙、轴承间隙和齿面摩擦等是现有研究关注较多的非线性因素。根据风力机行星齿轮系统的工作环境和行星齿轮动力学研究的发展趋势,给出了风力机行星齿轮系统需要深入研究的方向。     

基于IHPS和SPS的齿轮断齿故障特征频率的提取

针对齿轮断齿故障信号的特点,通过对原始振动信号进行傅里叶变换后计算其IHPS(Improved Harmonic Product Spectrum)及SPS(Sideband Product Spectrum),可在振动冲击信号不明显的情况下提取齿轮断齿故障特征频率。通过仿真分析和实验验证,证明了该方法的有效性,为早期诊断此类故障提供了可行途径。     

行星齿轮箱齿根应变的光纤光栅测量方法

针对行星齿轮箱故障诊断的需求,以及内齿圈齿根应变难以准确测量的工程实际问题,提出了一种光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)动态测量内齿圈齿根应变的方法。首先,通过理论分析,仿真计算得到了内齿圈齿根应变的分布曲线以及变化曲线;其次,研究了光纤光栅在非均匀应变场作用下的传感原理,从测点布置以及测量系统构建等角度分析了所提出的测量方法;最后,在行星齿轮箱实验台上开展了内齿圈齿根应变的测量实验。实验与仿真结果对比分析表明,利用所提出的测量方法获取的内齿圈齿根应变信号表现出明显的单、双齿交替啮合区间,且每个区间的范围以及各区间下齿根应变的大小与理论计算结果具有较好的一致性。与传统方法相比,该方法更加适用于行星齿轮箱内狭小空间下齿根应变的在线测量任务。     

少齿差行星齿轮传动实际接触齿数及载荷分配的研究

在考虑内外啮合齿轮副齿廓理论间隙、制造误差及轮齿弹性变形的基础上，建立少齿差内啮合行星齿轮传动实际接触齿对数及各齿间载荷分配的理论分析模型；分析计算了在额定载荷工况下的实际接触齿对数及各齿上的载荷分配；并利用应变测试方法进行了相应的实验研究；验证了理论分析计算的结果，为少齿差行星齿轮传动承载能力的估算，齿轮几何参数的确定及零部件的强度分析计算提供了理论依据。     

变速行星齿轮系统故障诊断方法

针对风力发电机行星齿轮系统变速非平稳工况,且故障信号耦合调制严重、传递路径复杂、噪声污染严重等特点,提出了基于阶次包络分析的故障诊断方法,详细阐述了方法原理和实现流程。通过对变速工况下的仿真加速度信号进行阶次包络分析,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的阶次包络谱结构特性,总结了不同部件故障的特征阶次。在此基础上,通过对变速行星齿轮系统试验信号的分析表明:阶次包络分析方法能较好地抑制噪声干扰,反映故障特征清楚,且故障特征能作为变转速时行星齿轮系统故障诊断和定位的依据。     

NN型少齿差行星齿轮传动啮合冲击分析及修形设计

针对少齿差行星齿轮传动时的多齿啮合效应,采用有限元法建立了渐开线少齿差多齿啮合模型,分析了动态轮齿的接触特性分析,得到了完整啮合周期内齿面接触应力、齿面印痕、齿面滑动位移等啮合特性参数,分析了啮入、啮出冲击对齿顶刮行的影响。采用长修形法对少齿差行星传动的齿轮进行齿廓修形,使轮齿啮合状况得到了改善,明显减小了啮合冲击对齿顶刮行的影响,研究结果对指导少齿差行星齿轮传动设计具有重要意义。     

变载荷激励下风电行星齿轮系统动力学特性

为了更准确地分析风电行星齿轮系统的动力学特性,在同时考虑风速变化和发电机电磁转矩变化引起的外部载荷激励,齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度以及行星齿轮啮合相位差等引起的内部激励的条件下,建立了风电行星齿轮系统的动力学模型。在此基础上,采用Runge-Kutta数值积分方法求解了某兆瓦级半直驱风电行星齿轮系统的动态响应,分析了上述激励对系统动态特性的影响规律。结果表明：外部变载荷的激励使系统的响应频率具有明显的低频成分,各构件的扭转振动位移与外部合力矩有相似的变化趋势;行星轮啮合相位差的激励使系统的结构频率成分增多且频率减小,增加了系统共振的可能性;轴承时变刚度使系统的高阶响应频率产生较大波动,增加了系统动态响应的复杂性。
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舰载天线座少齿差行星减速器的优化设计

结合工程实际,从建立数学模型、确定算法、编制计算程序等方面,对舰载天线座少齿差行星减速器的优化设计进行研究和总结,并通过工程应用实例验证了研究结果的正确性。     

风电行星齿轮系统变载荷激励动力学模型及其响应特性

针对风电行星齿轮系统变载变速的运行特点,通过分析系统构件为刚体和弹性体时的受力情况,应用运动合成原理,提出了变载荷激励下行星齿轮系统动力学模型的建立方法,并推导出系统的运动微分方程。在此基础上,分析了行星齿轮系统的内外部激励因素及其对系统动载荷和动载系数的影响机理。计算并分析了某MW级风电行星齿轮系统的动态响应,结果表明：系统的时变啮合刚度和时变轴承刚度主要影响响应频率的数值大小和系统的振动能量;外部变载荷使响应频率中存在明显的低频成分,并影响各阶振动间的能量分配;齿轮啮合力的动载系数主要受到外部变载荷的影响,而轴承力的动载系数同时受到系统内部激励和外部激励的影响。研究结果为风电齿轮箱的疲劳寿命分析和动态优化设计奠定了基础。     

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。     

风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断

针对风力发电机实际行星齿轮系统,由于幅值及相位调制现象(各种制造误差不可避免等原因所导致)带来的故障诊断难题,搭建了含各种制造误差的动力学模型。模型考虑了出现裂纹故障以后,故障对时变啮合刚度以及传递误差的影响,通过数值求解,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的包络谱结构特性,总结了故障特征频率。在风力发电机齿轮箱实验台上进行裂纹故障试验验证,结果表明所总结的故障特征频率可以作为风力发电机裂纹故障诊断及定位的依据。     

少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状

评述了少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状、存在的问题和将来的研究方向。作为一种新型的齿轮传动机构,内齿行星齿轮减速器具有其自身的许多优点,但对其动力学性能的研究还不成熟。因此,需要在以下几个方面开展研究工作:符合实际的动力学特性研究、不平衡质量引起的动载问题、加工误差对其性能的影响等。