内齿圈裂纹扩展对复合两级行星轮系均载特性的影响研究

行星轮系的均载特性对齿轮箱的运行性能及服役寿命有重要的影响.为揭示裂纹扩展对系统均载特性的影响,构建了计入齿根裂纹损伤的复合行星轮系动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变支撑刚度、啮合相位、阻尼、裂纹等非线性因素.建立裂纹齿圈时变啮合刚度模型,研究不同裂纹程度与时变啮合刚度之间的量化关系,将损伤以内部激励的形式引入到动力...     

含级间相对浮动的两级行星传动系统均载特性研究

以两级行星齿轮传动系统为研究对象,基于集总参数法,引入时变啮合刚度、齿侧间隙、综合啮合误差等非线性因素,考虑了级间相对浮动,建立了系统“平移-扭转”耦合强非线性动力学方程组(EOM)。通过对系统微分方程组进行数值积分求解,分别分析了有无级间相对浮动时多误差耦合以及相对浮动间隙的大小对系统均载特性的影响。结果表明:多误差的耦合作用会使系统均载性能变差,且构件误差对所在一级的均载特性影响程度更大;级间相对浮动能够有效改善系统的均载性能,减弱构件误差的级间耦合作用,且随着相对浮动间隙的增大系统第一级均载性能得到改善。     

含裂纹悬臂梁的振动特性分析

用一无质量扭转弹簧来模拟裂纹所在截面,这样就可以将裂纹梁分为两段研究。基于两段完整的梁的振型表达式,推导出了裂纹梁的传递矩阵,进而给出悬臂裂纹梁的频率方程。用Matlab软件编程求解悬臂裂纹梁的频率方程,把所得结果与有限元结果进行对比分析,研究裂纹位置和裂纹深度对悬臂裂纹梁固有频率的影响,验证了推导方法的合理性。     

含表面裂纹板的振动功率流特性研究

从结构噪声的观点研究了在简谐力作用下含有表面裂纹板的振动功率流特性。由于裂纹的存在,导致了板在裂纹两边转角的不连续性,运用断裂力学的理论得到裂纹导致的附加转角。利用力作用处以及裂纹处的连续性条件推导出了含裂纹板中的弯曲波运动并得到输入功率流以及传播功率流。通过对完善板与裂纹板的输入功率流与传递功率流的对比,表明板中裂纹的存在改变了板原有的振动功率流特性,裂纹的特性参数可以通过板的输入功率流和传播功率流来反映。通过构造裂纹板的输入功率流的等值线图给出了识别板中的裂纹的方法。     

风电装备行星轮系过盈接触特性分析

风力发电对于保障我国能源安全具有重大意义,但我国风电装备发展中还存在巨大技术瓶颈,如何进一步提高装备可靠性及寿命是亟需解决问题。以行星轮系过盈配合面接触特性与微动磨损关系为切入点,针对NGW型行星轮受力分析,计算获取过盈配合接触分析的载荷边界条件;通过对比不同过盈量在无外载工况下的配合面压力值,理论计算与仿真分析结果的平均误差约为5.74%,验证了仿真的可信度;通过对比不同过盈量在无外载下的变形量,行星轮内孔面与轴承外圈变形占比分别为89.5%和10.5%,定量描述了行星轮相较于轴承的变形程度,更易损伤;稳态载荷工况下,通过对比不同配合公差P6和R6下的最大微动滑移量可知,P6公差带下最大微动量随载荷变化幅度较大,因此风电行星轮配合公差应选R6更合适;非稳态载荷工况下,通过数值积分计算获取不同过盈量下的配合面打滑极限载荷,该极限值作为评定实际服役工况下出现剧烈打滑现象的准则,因此设计时应考虑该极限工况。     

含裂纹轮对的振动特性分析及裂纹参数识别

为实现实际运行工况中的轮对裂纹特征提取及裂纹参数识别,利用Abaqus建立含裂纹轮对系统的有限元模型,仿真轨道随机不平顺激励下的轮对振动响应,并采用变分模态分解(VMD)和快速傅里叶变换(FFT)提取不同运行速度下的轮对裂纹特征参数.其次,利用Kriging代理模型构建裂纹参数和IMF分量中1X、2X谐波成分幅值的关系...     

计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型5 MW级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。     

多级行星轮系减速器的降噪研究

以传统的边频信号识别技术为手段,对某型号的三级行星齿轮减速器故障进行测试与分析,分析表明,该型减速器的第一级太阳轮的转动轴线偏离理论轴线,从而使得行星架和行星轮的转动轴线也偏离理论轴线,导致Ⅰ级的行星轮和Ⅰ级的太阳轮转动都出现了偏心,引起较大的振动与噪声。另外,对减速器进行的模态分析还表明,行星齿轮在较大的啮合冲击激励下发生了共振,加大了减速器的噪声。经对其结构进行改进,使其噪声下降了2.5 dB(A)。     

含非贯穿直裂纹管道的振动特性分析

摘 要：根据线性断裂力学理论和应变能释放原理,推导了管道在轴力、剪力和弯矩等荷载作用下由非贯穿直裂纹引入的附加局部柔度,利用适应性Simpson数值积分编写了局部柔度计算程序,克服了当前方法仅针对特定的荷载模式或非空心截面的缺陷,通过与Naniwadekar等人试验结果进行对比验证本文局部柔度系数的合理性。建立了裂纹管结构的有限元模型,对悬臂裂纹管和简支裂纹管的自由振动特性进行了分析。研究结果表明：裂纹位置、裂纹深度对裂纹管类结构的自振频率影响明显。     

含裂纹梁自由振动分析

研究含常开裂纹矩形截面梁的自由振动问题.通过一计及裂纹对粱局部柔度影响的无质量扭簧模拟裂纹所在截面,建立起与含裂纹梁等效的力学模型;基于完整梁自由振动方程的基本解,推导出含裂纹梁的传递矩阵;以简支梁和悬臂梁为例,结合具体的边界条件,导出它们相应的频率方程.基于泰勒展开,给出求解该频率方程的一种迭代算法,能够简便地计算含裂纹梁的固有频率.     

摆线钢球行星传动系统参数振动特性研究

摆线钢球行星传动系统为多自由度的参数振动系统,其时变啮合刚度激励会对系统的动态特性产生较大影响。该文首先综合考虑时变啮合刚度及轴承支承刚度等影响因素,建立了摆线钢球行星传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,并推导出系统的动力学方程。然后将动力学方程转换为正则模态方程,并利用多尺度法对系统进行动力稳定性分析,推导出系统的组合共振频率及稳定性条件。最后利用摄动法计算出系统的稳态响应。研究结果表明:当偏心轴的输入转速接近和型组合共振频率时,系统将发生参数共振;当偏心轴的输入转速接近差型组合共振频率时,系统总是稳定的;系统的稳态响应中包含多种组合频率成分,并表现出多频响应叠加的特性。     

含裂纹平板的振动及裂纹扩展分析

针对含裂纹平板的振动与疲劳问题,研究含裂纹平板耦合动力学建模方法。首先在变形相似性原则下通过力学平衡原理推导出含裂纹项的平板振动方程,进而基于应力关系式形成裂纹项的表达式。在此基础上,利用Galerkin法将含裂纹板简化成单自由度振动系统,根据Berger经验方法产生方程的非线性项构建含裂纹板的非线性振动模型。最后通过算例探讨含裂纹板的动力学特性,协同Paris方程研究含裂纹平板动力学与裂纹扩展的耦合行为。研究结论表明,阻尼大小和激励力的变化对含裂纹板的振动特性及裂纹扩展规律具有显著影响。所提出的含裂纹平板耦合动力学建模方法,考虑了振动与裂纹扩展的耦合效应,为飞行器板结构抗振动疲劳设计提供理论依据。     

安装误差对变刚度系数的复合行星轮系均载特性的影响分析

以复合行星齿轮传动系统为对象,采用集中参数法,建立多自由度平移-扭转耦合非线性动力学模型。该模型在综合考虑轴承支承刚度、时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮安装误差的基础上,研究安装误差位置及其相位角对系统均载特性的影响。研究结果表明:中心构件的安装误差对系统产生均等的周期性影响,行星轮的安装误差会导致行星轮出现持续偏载或者均载现象;中心构件安装误差的相位角对系统均载系数没有影响,而行星轮安装误差的相位角对系统有影响,且沿切向分布时,影响最大。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

含裂纹矩形板的横向振动

本文以“含裂纹零维度单元”模型研究裂纹对矩形动态特性定量的影响，完成一种既能满足工程结构有关设计需要，又比较简单可行的计算模型。     

两级行星齿轮传动非线性啮合力频率耦合与动态特性研究

利用拉格朗日方程推导了两级行星齿轮传动的平移-扭转非线性振动模型,模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差、行星轮位置角时变性以及各行星排级间连接件的弯曲和扭转刚度。从行星排级间连接轴的力与变形耦合关系出发,研究了两个行星排啮合力产生的啮合频率耦合现象。通过数值仿真对不同激励条件下啮合频率耦合的表现形式进行了研究,对不同行星排的动载系数、均载系数、连接轴转矩的动态特性进行了分析,为多级行星齿轮传动系统动力学分析与设计提供指导。     

行星轮系动力学分析与响应表示方法研究

集中参数动力学建模是了解行星齿轮故障机理的有效手段,在利用集中参数模型仿真分析时,选择合适的变量表示系统的响应至关重要。针对现有方法不适于太阳轮固定的行星齿轮系统响应表示的问题,提出采用啮合线方向加速度直接叠加表示行星齿轮系统响应的方法,建立行星齿轮的平移?扭转模型;通过啮合线相对位移和啮合力信号及频谱分析,解释了三自由度选择的必要性,并验证了模型的正确性;与两种典型的响应表示方法比较,所提方法在齿轮正常和太阳轮故障时均具有较好的效果,可以有效提取啮合频率及故障频率;通过齿轮正常和太阳轮故障的实验信号频谱分析进一步验证了所提方法的合理性。     

含裂纹功能梯度材料梁结构的振动功率流特性分析

功能梯度材料(FGM)梁在工程中应用日益广泛,而梁中裂纹的存在改变了局部刚度等特性,使得功能梯度材料梁的振动和波传播特性发生改变。以含有张开型裂纹的功能梯度梁为对象分析其波传播和振动功率流特性。利用转动弹簧模型模拟裂纹,给出由裂纹引起的局部柔度表达式。建立无限长FGM欧拉梁结构的动力学方程,采用波动法结合梁的连续条件计算得到FGM欧拉梁的振动特性,对无缺陷梁和裂纹梁的输入功率流和传播功率流进行分析。讨论了材料梯度指数、激励频率、裂纹深度和裂纹位置等信息与输入功率流、传播功率流之间的关系,为基于振动功率流的裂纹FGM梁的损伤识别提供理论基础。     

含轴向偏载的行星齿轮传动系统动态特性研究

轴向偏载是影响行星轮传动系统工作状态的重要因素,以行星轮传动系统为研究对象,运用牛顿动力学理论建立了行星传动平移-扭转动力学模型,讨论了轴向偏载对啮合刚度的影响。在考虑轮齿齿面接触特性基础上,揭示了轴向偏载对行星传动系统动态特性的影响。研究表明:太阳轮发生轴向偏载后,齿面接触区域产生偏移,其啮合刚度也随之发生改变。随着偏载的增大,啮合刚度逐渐减小,对行星传动系统的高阶固有频率影响较为明显。太阳轮与行星轮的外啮合动载荷将出现转频成分,并且当偏载增大时,其转频成分将明显增大,但其他频率成分基本保持不变。当存在轴向偏载时,浮动轨迹由圆形分布变为椭圆形分布,浮动轨迹中的变形量增加,从而系统振动更加明显,啮合冲击更激烈,影响系统的使用寿命。