齿轮传动系统齿根裂纹早期故障识别

建立齿轮系统动力学模型,分析不同深度的齿根裂纹齿轮系统的振动响应和裂纹的故障特征,采用经验模式分解EMD(Empirical Mode Decomposition)方法与频域分析对齿轮早期裂纹故障实验中振动加速度传感器获取的齿轮箱振动信号进行分析。用EMD方法分别将0 mm、2 mm、4 mm的齿轮齿根裂纹故障信号分解为本征模式IMF(intrinsic mode function),对各IMF分量进行频域分析并与仿真信号对比。结果表明:仿真结果可清晰得到齿轮早期裂纹故障的特征频率,通过频谱分析,齿轮裂纹故障其对啮合频率的幅值影响不大,但随裂纹深度增加,啮合频率及其倍频附近的边频带幅值增加;与实验信号进行对比,现象均符合裂纹故障特征。由此可以看出EMD方法可以有效的实现齿轮裂纹早期故障的识别。     

裂纹工况下斜齿轮系统啮合刚度计算模型研究

当斜齿轮副产生裂纹时,会影响齿轮副的啮合刚度。为了获得更准确的裂纹斜齿轮副的啮合刚度,提出一种改进的裂纹斜齿轮啮合刚度计算模型,综合考虑轮齿刚度、齿轮基础刚度在横向和轴向的影响,研究了齿顶扩展裂纹和端面扩展裂纹两种典型裂纹工况下的齿轮系统啮合刚度,并将啮合刚度解析计算结果与有限元模拟结果进行了对比。结果表明：啮合刚度的降低程度主要与裂纹区域有关,裂纹区域越大,啮合刚度降低越大;在裂缝长度和深度相同的情况下,端面扩展裂纹对啮合刚度的影响比顶部扩展裂纹更显著。仿真结果与计算结果吻合较好,验证了所提方法的准确性和有效性。     

含太阳轮故障因素的行星齿轮传动系统动态特性研究

基于故障因素对行星齿轮系统动态特性的影响,用赫兹接触理论,在考虑齿面接触刚度特性的条件下引入弯曲刚度,建立新的传动系统动力学模型。利用扭簧刚度变化分别引入太阳轮裂纹和断齿2种故障因素,分别模拟了行星齿轮传动系统在不同故障因素影响下的运转状态。通过分析动载荷谱、太阳轮浮动轨迹研究故障因素对行星齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:太阳轮出现裂纹故障时,太阳轮浮动轨迹随着裂纹的加深逐渐扩大;在经过裂纹轮齿时,行星轮与内齿圈啮合力振幅少量增加;太阳轮出现断齿故障时,太阳轮浮动轨迹在啮合处发生瞬时大幅度偏移;行星轮与内齿圈啮合力振幅较大,在频域图的低频区域出现大量边频带;故障因素对传动系统的影响随工况条件的改变而变化。     

典型故障对直齿轮啮合刚度的影响

以外啮合圆柱直齿轮为研究对象,采用有限元法计算典型故障齿的啮合刚度,分析故障齿齿面应力分布特征以及主动轮的齿向载荷分配,研究含齿根裂纹、齿面断裂、齿面点蚀故障的齿轮副对啮合刚度的影响以及载荷变化引起的裂纹故障齿的啮合刚度的变化。分析结果表明:贯通裂纹齿啮合刚度相比斜裂纹齿啮合刚度变化明显,单齿啮合刚度变化更为突出;载荷较小时裂纹故障齿啮合刚度随载荷增大而增大,载荷超过一定值后啮合刚度趋于定值;齿面断裂面的大小严重影响齿轮啮合刚度。     

基于ANSYS齿根裂纹对斜齿轮接触应力影响分析

为了探究齿根裂纹对斜齿圆柱齿轮接触应力的影响,建立斜齿轮啮合三维有限元模型,并基于手工分区控制网格划分策略对模型进行静态接触应力的仿真分析,通过与理论计算结果对比证实了此有限元方法的准确性;进而对斜齿轮有限元模型引入齿根裂纹,分析有裂纹和无裂纹两种运行状态下动态接触应力变化情况,结果表明:齿根裂纹使斜齿圆柱齿轮的最大接触应力波动加剧,断齿故障的发生概率增大。     

非穿透型齿根裂纹扩展及啮合特性分析

非穿透型齿根裂纹是最接近实际工况的齿轮故障。以有限元法模拟三维非穿透型齿根裂纹扩展过程,计算应力强度因子,确定了裂纹扩展路径。针对齿轮啮合特点模拟健康齿轮的啮合过程,计算健康齿轮的啮合刚度,通过与ISO6336-1∶2006进行对比,验证了计算结果的准确性。以此方法为基础,提出了非穿透型裂纹啮合特性分析方法,分析了齿宽方向不同穿透程度的齿根裂纹和齿廓方向裂纹尾部不同高度的齿根裂纹对啮合刚度的影响。结果表明,随着裂纹穿透程度的增加,应力强度因子逐步增加;随着裂纹在齿宽方向穿透程度的增加和在齿廓方向高度的增加,啮合刚度有着不同的降低幅度;齿根裂纹在齿宽方向穿透程度的增加比在齿廓方向裂纹尾部高度的增加对啮合刚度的影响更加显著;不同裂纹类型对齿轮等效应力及总位移也有明显的影响。     

啮合刚度及啮合阻尼对齿轮振动影响的研究

采用集中质量法建立了齿轮传动系统的动力学模型,并通过解析法对模型进行求解,研究齿轮传动系统的啮合刚度和啮合阻尼对齿轮传动时产生的振动影响.结果表明,提高啮合刚度、增大啮合阻尼都能有效地降低齿轮传动时产生的振动和噪声.为齿轮传动系统实现减振降噪提出了可行的优化措施.     

风电齿轮箱直齿轮传动系统动态特性影响分析

综合考虑齿轮啮合刚度、齿侧间隙、齿轮啮合误差以及外部激励等多种非线性因素对齿轮传动系统动态特性的影响,建立风电齿轮箱传动系统高速级直齿轮传动的纯扭转非线性动力学模型,用拉格朗日方程推导了传动系统的振动微分方程。采用Runge-Kutta法对直齿轮系统非线性动力学模型进行求解,得到传动系统的时域波形、频谱图和相位图。定量给出齿轮转速、齿侧间隙等参数变化对齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:随着转速和齿侧间隙的增大,传动系统的振动幅值明显增大,系统的振动加剧。为风电齿轮箱传动系统的固有特性,动态响应等动力学特性奠定了一定的基础。     

考虑力矩波动的机器人关节用齿轮副动力学研究

为揭示作用于齿轮副输入输出端扭矩波动对其动态特性的影响规律,以一对直齿圆柱齿轮为研究对象,考虑时变啮合刚度、静态传动误差,构建其六自由度动力学模型.考虑齿轮副驱动扭矩及负载扭矩的波动特性,利用数值算法获得动态传动误差、线性振动位移等振动响应.进一步地,研究静态传动误差、转速、扭矩波动相角等参数对振动响应的影响规律.结果...     

不同工况下弹流润滑与齿轮动力学耦合研究

为探究线接触下齿轮传动系统与弹性流体动力润滑的耦合特性,研究采用广义有限元法建立两级齿轮传动系统,通过有限元法求啮合刚度,考虑齿轮润滑状态下的油膜刚度效应,综合叠加齿轮油膜刚度与啮合刚度,使用Newmark积分法对动力学方程进行求解,分析了耦合润滑后不同工况下齿轮啮合位置处的动力学特性和润滑特性。结果表明：齿轮综合刚度会随转速的增加而减小,随负载增加而增大;转速相比于负载对于油膜厚度影响较大,且考虑了轴的柔性后,传动系统在共振转速区内振幅变化显著,会对油膜厚度和系统振动产生一定影响,耦合油膜后在高速共振区内齿面动载荷变化明显。     

轻载装载机变速箱振动特性分析与试验

为了给装载机变速箱减振降噪提供依据,通过集中参数和有限元法相结合的方式对变速箱进行振动分析。综合考虑液力变矩器激励、齿轮系统内部激励等因素,建立装载机变速箱传动系统的弯-扭耦合动力学模型,求解得到各轴承的动态支反力;建立箱体有限元模型,进行模态分析,以轴承动态支反力为激励,在模态的基础上进行箱体谐响应分析,得到箱体在激励下的振动响应,选择箱体表面的振动测点,分析测点的振动加速度,找到并分析振动峰值及对应振型;最后进行变速箱振动试验,验证仿真的正确性。结果表明：传动系统的激励主要集中在输入和输出平行轴齿轮处,传动系统和箱体振动的峰值频率均和齿轮啮合频率相近,变速箱箱体振动较大的位置位于箱体的底部。试验与仿真对比,试验中存在和仿真相近的峰值频率,仿真和试验所得的振动加速度均方根误差值小于20%,验证了仿真的正确性。     

考虑内外啮合相位差的行星轮系动态特性分析

对1.5MW级风电齿轮箱行星轮系统采用集中参数法建立行星轮系扭转动力学模型,运用Runge-Kutta法对所建立的扭转动力学模型进行求解,分别讨论了时变啮合刚度和相位差对行星轮系固有特性和稳态响应特性的影响。研究结果表明:时变啮合刚度导致系统各阶固有频率随时间周期性波动,而啮合相位差导致第1阶固有频率波动范围增大,其余4阶固有频率波动范围变小,且各阶固有频率间的变化步调存在相位差;是否考虑相位差对第3、4阶振型影响较为明显;对不同时刻的第3、4阶振型影响较大;考虑相位差时保持架、行星轮、太阳轮扭振角速度幅值均降低。     

A local energy density methodology for monitoring the evolution of gear faults

A new method for monitoring the evolution of gear faults based on the calculation of local energy density is presented. A theoretical model for a gear pair with a tooth root crack was developed. Experimental results from a test rig were analyzed using the continuous wavelet transform and the energy density of the vibration signal associated with the meshing of defected gears was calculated. It was shown that the local energy is a sensitive feature for assessing the fault magnitude. An empirical law, which relates the energy content to the depth of the crack, was established.     

激励因素对人字齿行星齿轮系统动态特性的影响

为研究激励因素对人字齿行星齿轮传动系统动载稳定性的影响,综合考虑阻尼、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传动误差等激励参数,建立人字齿行星齿轮系统的纯扭转动力学模型。采用Runge-Kutta法进行数值求解;分析在不同啮合频率下,阻尼比、刚度波动系数和综合啮合误差等参数对系统内、外啮合副动载特性的影响;采用三维速度-频率扫描瀑布图、相图和Poincaré映射分析外啮合动载系数突出值。结果表明：内啮合具有更好的振动稳定性和均载性能;当阻尼比增大时动载系数总体呈减小趋势,动载系数随着刚度波动系数和综合啮合误差增大发生失稳现象,波动较剧烈;对动载突变的激励因素值分析,观测到超谐波共振现象;在临界转速时系统处于拟二倍周期振动状态,表明系统在给定区间内处于收敛状态。     

啮合阻尼对人字齿行星齿轮传动系统均载特性影响分析

采用集中参数法建立人字齿行星齿轮传动系统纯扭转非线性动力学模型,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差等激励对振动特性的影响。采用Runge-Kutta法对系统动力学方程组进行数值迭代求解,获得系统的稳态响应。相图借助庞加莱截面技术、频谱分析等手段分析系统的非线性响应形态,研究啮合阻尼对系统动态特性的影响。结果表明：人字齿轮传动系统在多源激励因素作用下表现出丰富的非线性动力学特性;适当增大啮合阻尼,系统由混沌运动状态转化为周期运动状态,系统的振动减弱,稳定性增强。     

基于刚度矩阵单元的斜齿轮传动系统耦合振动有限元分析

推导了斜齿轮传动系统的轮齿啮合刚度矩阵;以及传动轴及支承的弹性变形,利用有限元法建立了考虑轮齿啮合刚度的斜齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆耦合振动模型;计算了系统的耦合振动固有模态,并分析了轮齿啮合刚度及轴承支承刚度对系统动态特性的影响。     

风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。     

高接触比螺旋锥齿面修形方法及动态特性研究

为抑制高接触比螺旋锥齿轮传动的振动,提出一种新的高阶齿面修形方法。根据高接触比螺旋锥齿轮的啮合特点,提出一种新的修形曲线,采用辅助齿面修形方法生成高阶修形螺旋锥齿轮。在考虑齿变形的情况下,计算了高阶修正弧齿锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击,在此基础上建立了降低高接触比螺旋锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击的优化模型。仿真结果表明：与二阶修形弧齿锥齿轮相比,高阶齿面修形方法不仅可以有效降低高接触比螺旋锥齿的载荷传递误差、啮合冲击和动态负载系数,而且可以提高其在全速范围内的动态性能。