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。     

两级行星齿轮传动系统动态均载特性分析

为了研究两级行星轮系的动态均载特性,建立了两级行星轮系的平移扭转耦合动力学模型,综合考虑了时变啮合刚度、齿轮安装误差、偏心误差、齿侧间隙及级间耦合等非线性因素,推导了系统的无量纲化动力学方程。采用数值方法对方程组进行求解,对中心构件浮动形式、行星轮误差、级间耦合刚度等因素对系统动态均载特性的影响进行了分析,为两级行星轮系的动力学分析和动态均载特性的研究提供了参考,对两级行星齿轮传动系统的设计有一定的指导意义。     

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。     

行星轮系故障状态下分岔与混沌特性分析

为研究行星轮系的故障特性,分别建立了含行星轮断齿和磨损故障的行星轮系量纲一非线性动力学方程。利用数值方法对建立的非线性微分方程进行求解,获得系统的分岔图、相图及Poincaré截面,研究行星轮断齿故障、行星轮全齿磨损故障随激励频率变化的分岔特性及故障特性,并分析了啮合阻尼比及外部激励对系统的影响。研究发现,含断齿故障的行星轮系运动状态的变化规律;行星轮全齿磨损故障对系统分岔特性的影响;啮合阻尼比与外部激励对系统混沌特性的影响。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

基于ADAMS的两级行星齿轮断齿故障动态特性分析

以MG900/2215-GWD型采煤机截割部两级行星齿轮为研究对象,采用虚拟样机技术对其进行了动力学仿真研究。通过比较健康以及几种不同程度的断齿故障状态下的啮合力时域及频域曲线,对故障状态下两级行星齿轮系统的动态响应进行了分析。研究结果表明,故障情况下,啮合力边频带能量密集,且密集程度随着损坏程度增大而增加。该研究结果可以为两级行星齿轮故障诊断和检测提供理论依据。     

应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。     

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。     

行星齿轮的固有特性研究

考虑了行星轮系的啮合刚度和扭转刚度等因素,基于拉格朗日方程建立了行星轮系的动力学方程。应用数值方法求解了行星轮系的无阻尼自由振动动力学方程,获得了系统不同工况下的特征值及其对应的振型。分析表明,不同工况下系统的动态特性各不相同,太阳轮、行星架、行星轮和内齿圈转动惯量对系统的动态特性的影响也各不相同。     

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。     

复合行星轮系均载特性仿真研究

针对复合行星轮系均载特性的问题,以Ravigneaux式复合行星轮系统的典型结构为研究对象,基于ADAMS建立了系统的虚拟样机模型,通过对齿轮动态啮合力进行仿真分析,计算出了各啮合副的均载系数,分析了齿轮偏心误差、负载以及输入转速对于系统均载性能的影响。研究结果表明:增加偏心误差、提高转速会降低系统的均载性能;当行星轮偏心误差呈辐射状对称时,系统的均载性能会得到极大提高;太阳轮s1偏心误差对于系统均载性能的影响较s2偏心误差的影响更为明显;增加负载能提高系统的均载性能。     

封闭行星齿轮传动系统的动态特性研究

建立了封闭行星齿轮传动系统的动力学计算模型，模型中考虑了行星轮和星轮的啮合相位，行星架的弹性变形，轮系的弹性耦合和负载惯性。用数值解法获得了系统在时变啮合刚度、偏心误差和齿频综合误差激励下的动态响应和动载荷系数的频域历程。分析了在星型轮系和行星轮系动力耦合情况下，齿轮系统的动态特性以及行星轮和星轮的载荷分配均匀性。对比了中心轮在不同的输入转速下的浮动轨迹，得出了对封闭行星齿轮传动设计有意义的结论。     

NGW型行星齿轮减速器动特性研究

运用轮齿啮合频率的变化率幅值评定行星减速器各基本构件偏心误差导致的啮合频率的变动情况，推导了各齿轮偏心误差和轮齿啮合频率的变化率幅值之间的关系式，其结果可用于进一步研究行星齿轮减速器特性或对测量振动成波形的分析。     

行星齿轮传动用齿式联轴器齿廓修形研究

对于太阳轮轴与齿式联轴器相连接的行星传动装置,太阳轮浮动量直接决定了齿式联轴器所需补偿的偏转角,但由于太阳轮的浮动量受行星轮系各部件误差的综合影响,其真实值很难求解及测量。基于动力学分析原理提出了一种求解太阳轮浮动量的方法,考虑了行星轮系关键部件的制造、安装误差,运用当量啮合误差的方法建立了行星轮系的动力学模型,并根据鼓形花键与太阳轮轴的几何关系,对鼓形齿进行修形,以减小两连接轴的不对中度。最后对某行星齿轮传动装置进行试验验证,实验结果较好地证明了理论模型的正确性,具有一定的工程应用价值。     

时变路径行星齿轮箱太阳轮故障响应周期特性

针对时变路径特性对太阳轮故障啮合响应的周期性影响,求证能够表征太阳轮不同故障类型的数据长度。首先,将特定位置传感器作为太阳轮故障啮合周期性变化的观测点,以太阳轮与行星架转速比为切入点,根据行星轮之间是否存在差异分类,分别推导出同齿啮合周期和准同齿啮合周期的表达式,并证明两者之间的关系;其次,依据推导周期及其倍数截取太阳轮不同类型故障信号,取其特征建立3维空间对故障类型进行分离。结果表明：1倍同齿啮合周期是表征太阳轮不同类型故障的最小长度;2倍同齿啮合周期是表征太阳轮不同类型故障的最佳长度。借助太阳轮故障啮合响应周期特性,能够实现太阳轮不同类型故障的诊断。     

重载工况下行星齿轮传动啮合偏载分析

为了深入研究重载行星齿轮传动多柔体变形下齿面载荷分布规律,提出一种计入结构柔性与齿轮副动态接触的行星齿轮传动耦合动力学建模方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,根据内齿圈、行星架结构及其边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿、行星架耦合点与弹性支撑之间的关联关系,利用齿轮副动态承载接触作为界面协调条件将各构件进行耦合,建立行星齿轮传动耦合动力学模型,分析了啮合偏载现象以及结构参数对啮合特性的影响。研究结果表明,作用在行星轮上的合弯矩以及行星架销轴非对称结构变形是造成啮合偏载的主要原因,系统共振会加剧啮合偏载程度;在共振区附近,齿轮动态啮合刚度与静态啮合刚度存在较大差异;增加销轴刚性、增大螺旋角可以改善啮合偏载程度,减小共振区系统振动,但在低转速区不利于系统减振,而增大行星架连接板刚性可以保持低转速区系统振动状态,同时减小共振区系统振动。     

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。     

复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真研究

根据Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统的典型结构,分析了系统的传动比与啮合频率。为获得Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统轮齿接触力的变化规律,运用三维CAD软件SolidWorks建立了系统的三维实体模型,以ADAMS软件为平台建立了系统的虚拟样机模型。给出基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动时轮齿接触力的计算方法,验证了系统传动比,对小太阳轮与短行星轮啮合的综合接触力、x方向接触力和y方向接触力的变化规律及其频谱特性进行仿真研究。仿真结果表明,接触力的幅值波动显著,具有明显的周期性。x方向接触力和y方向接触力具有相同的频谱特征,相位相差约90°。频谱中出现小太阳轮的旋转频率和系统啮合频率的1至7倍频率成分,存在明显的调制特性。通过对Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真的研究,为改善系统动力学特性以及实现系统的动态设计提供了指导依据。     

考虑误差下的变位齿轮行星轮系载荷特性研究

针对制造误差和安装误差使得变位齿轮行星轮系行星轮在径向和周向的安装位置与无偏移值存在偏差,进而使行星轮间所受载荷不均匀的问题,开展了变位齿轮行星轮系载荷特性研究。基于转子动力学理论,考虑时变刚度和行星轮的径向与周向偏移,建立了变位齿轮行星传动系统5自由度动力学模型;采用龙格库塔法求解了系统的响应和频域图,研究了变位齿轮行星轮系的载荷特性,分析了在不同径向偏移量、周向偏移量、复合偏移量情况下的行星轮间载荷分布特性,探讨了行星轮的径向与周向偏移对行星轮系载荷分配的影响,得到了变位齿轮行星轮系载荷振动幅值在时间和频率下的变化规律。仿真结果表明,考虑误差的行星轮系载荷特性与无偏移情况下的载荷特性有较大的差异,其幅值受径向偏移的影响较大,其中,径向偏移量大对行星轮所受载荷的影响最大;在安装过程中,行星轮的微小偏移都可能导致载荷特性的巨大变化。搭建了行星传动系统振动测试试验平台,测试了行星减速机壳体的倍频振动响应信号,得到了行星传动系统载荷与振动响应之间的关系。试验结果的振幅变化趋势与仿真分析结果中的振幅变化趋势相似,证明所建立的动力学模型及理论计算比较准确。     

2K-H行星轮系均载设计浮动件选取原则

以2K-H行星轮系为对象,用解析方法研究制造装配误差条件下该行星轮系均载问题。给出载荷传递弹簧串并联力学模型,基于几何等量关系推导行星轮系均载与啮合间隙和齿轮啮合刚度的关系式。采用向量表达方法,推导制造误差和装配误差引起啮合齿对圆心偏动时、相互啮合齿对在啮合线上的间隙计算公式,依据间隙计算公式对浮动均载进行分析,得到浮动均载计算多元方程组,求解方程组给出如下结论:(1)当行星轮数n3时,基本构件浮动可以补偿制造装配误差引起的轮系偏载。(2)当行星轮数n≥4时,行星轮的误差不能够通过基本构件的浮动来补偿,只能通过行星轮的浮动来补偿。同时给出了浮动量的理论计算方法,并进行了有限元仿真,有限元仿真结果与本文理论计算结果高度一致。