行星齿轮断齿故障动力学仿真与故障提取

行星齿轮在运动中部件会弹性变形,为此,在刚体动力学模型中引入柔性体的方法,基于ADAMS多体动力学仿真软件,对某船用行星齿轮进行刚柔耦合仿真。在太阳轮出现断齿时将太阳轮和行星架设置为柔性体,重点考虑运动仿真中这两个部件的变形。将发生故障后的动力学响应与正常状态进行对比,比较故障后柔性部件和刚性部件加速度频谱信号的異同,分析断齿故障特征和对应的故障频率。     

含复杂断齿故障的行星齿轮动力学研究

针对行星齿轮在恒速、恒负载条件下局部断齿故障难以分析的问题,以行星齿轮传动系统为研究对象,利用能量法建立正常及具有局部断齿故障的齿轮刚度激励模型,通过改变齿轮断齿的长度求得在该条件下的刚度激励并进行对比分析,从而明确故障发生的机理;考虑行星齿轮刚度激励及啮合相位的影响,利用集中参数理论（Lumped Parameter Theory,LPT）建立相应的动力学模型;将求得的刚度激励代入建立的行星齿轮动力学模型,同时在MATLAB中利用自带的ode15s求解器进行求解。最后针对太阳轮y向振动的时域图像及其Fourier变换的频域图像进行分析,得出系统在出现不同程度的故障时的状态变化。该方法可较为准确地判断系统是否存在断齿故障以及断齿故障的严重程度。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

行星齿轮传动装置振动超标问题的分析与排除

某带行星齿轮减速器的发电机组在满负荷额定转速工况下,出现减速器轴承及发电机后轴承处横向振动偏大的故障现象。通过振动频谱分析,确定了减速器的三个行星轮的装配精度偏差是机组振动偏大最主要的影响因素。在重新拆检复装后,提高行星轮与内齿圈的装配精度,验证试验结果表明,机组振动偏大的故障现象即可消除。     

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)。     

复式行星齿轮传动系统综合动力学模型及振动特性研究

建立了复式行星齿轮传动综合动力学模型,模型考虑了各构件的平移和扭转振动及静态传递误差。系统分析了复式行星齿轮传动系统的固有振动特性,研究了其固有频率的带状分布特点,根据中心构件及行星轮的振动特点,将系统振型分为三类,即中心构件平移-行星轮随机振动模式、中心构件扭转-行星轮相同振动模式、中心轮静止-相邻行星轮反向振动模式。     

行星轮系动力学仿真分析与故障诊断

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。为了研究行星齿轮传动的故障机理,揭示其故障特征,本文建立了行星齿轮系统的动力学模型,研究了齿轮裂纹对齿轮啮合刚度的影响,得出了齿轮正常、太阳轮裂纹和行星轮裂纹等三种状态下系统的频率特征,总结了故障特征频率;最后试验验证了仿真结果的有效性,得出的故障特征频率可用于行星轮系的故障诊断。     

行星齿轮减速器的优化设计

根据可靠性设计理论和机械优化设计技术,以NGW型行星齿轮减速器为例,初步探讨优化设计的原理和方法。     

行星齿轮传动动力学研究进展

围绕行星齿轮传动系统振动和动载荷问题,本文从分析模型、固有特性预测分析、动态响应计算方法与特性、振动抑制和实验研究五个方面综述了近20年来动力学的研究进展,重点阐述了一些可用于指导行星传动动态设计的结论。最后就现有研究中存在的主要问题及研究方向提出了建议。     

锥齿行星齿轮传动模态特性分析

根据相对质心的动量矩定理,建立了锥齿行星齿轮传动的多维动力学模型,采用归纳方法研究了模态特性.结果表明:该传动系统的模态可归结为4种典型振动模式,即:轴向平移—扭转、径向平移—扭摆、行星轮及轴向平移振动模式.在轴向平移-扭转振动模式下,中心构件呈现沿轴线方向的平移振动及绕该轴的扭转振动;在径向平移—扭摆振动模式下,中心构件呈现沿径向的平移振动及绕该方向的扭摆振动;在行星轮振动模式下,中心构件均不振动,仅行星轮在振动;在轴向平移振动模式下,中心构件仅呈现沿轴线方向的平移振动,其他方向不存在振动.与上述4种典型振动模式对应的固有频率的重数分别为1,2,N-3及N-2.该研究为锥齿行星传动的动态特性优化奠定了理论基础.     

基于双谱的齿轮故障特征提取与识别

在引入双谱、双相干谱和人工神经网络的基本理论之后，深入研究了汽车变速箱齿轮振动信号的双谱和双相干谱特征以及频率间的耦合情况，形成故障特征向量，并利用BP人工神经网络，成功地将齿轮正常信号、磨损信号和断齿信号进行了分类。研究表明，对于齿轮振动信号，双谱比双相干谱更利于故障特征提取，不同状态下的齿轮振动信号中均存在二次相位耦合现象，但是耦合的形式不同，同时也表明，基于双谱和人工神经网络的故障诊断方法是有效的。     

基于FRFT的齿轮振动信号故障特征提取

研究了典型齿轮故障振动信号在分数阶傅里叶变换（FRVF）域的分布特征,并在此基础上分析了该信号在FRFT循环域（CFRFD）的分布特征,提出了FRFT循环处理（CFRFT）方法,实现了信号在CFRFD的能量积累。通过仿真实验验证了低信噪比条件下,CFRFT对齿轮振动信号的故障特征提取能力及有效性。     

汽车万向传动装置动态特性仿真分析

在Pro/E软件中建立万向传动装置的三维模型,并基于ADAMS软件和ANSYS软件进行动态特性仿真分析.采用理论计算和运动仿真相结合的方法,得到了十字轴万向节输出轴角加速度和角速度曲线,并对中间传动轴进行模态分析,得到了相应振型和固有频率.仿真结果表明:运动仿真曲线与理论分析基本一致,模态求解数据与试验数据相符;模型构建合理,仿真结果可靠;动态特性仿真可简化机械产品设计过程,为进一步优化万向传动装置结构提供指导.     

基于小波分析的齿轮传动系统故障诊断研究

本文研究了小波分析在齿轮传动系统故障诊断中的应用.通过实例成功地对齿轮传动系统故障模拟实验中获得的振动信号进行基于小波分析的数据预处理及故障特征提取,结果表明,在齿轮传动系统振动信号时频分析中,基于小波分析的数据预处理及故障特征提取是一种行之有效的方法.     

多档位行星变速传动系统动力学参数优化修改

针对多档位行星变速传动系统因为参数选取不当致使多个档位存在扭转共振的问题,提出以系统固有频率对参数相对灵敏度为约束条件,采用相对初始参数变化率最小的动态优化目标函数和动态约束边界的多步遗传优化算法,对系统进行了多档位动力学参数优化修改。对采用不同优化步长情况下以基于相对初始参数最优和基于单步最优为目标函数进行了对比研究,并对行星传动系统固有频率对参数灵敏度用于传动系统多档位和单个档位参数优化修改的特点进行了分析。结果表明:以相对初始参数最优的多步遗传优化算法可以获得相比以单步最优的多步遗传优化算法更好的优化结果;行星变速传动系统单个档位固有频率对参数的灵敏度不能直接作为多个档位同时进行参数优化修改的参考。参数优化修改后系统所有档位在工作转速范围内都不会发生扭振共振,可为多档位行星变速传动系统设计提供一定的指导。     

基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征

齿轮故障振动信号中调幅和调频现象同时存在,其频谱包括以啮合频率及其谐波为载频,齿轮所在轴转频及其谐波为调制频率产生的调制边频带。针对齿轮故障振动信号特征提取困难的问题,提出一种基于包络分析和S变换时频图像相结合的故障特征提取方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,然后对包络信号进行S变换,得到包络的时频图像的等高线灰度图像,计算图像的灰度共生矩阵及其统计特征量,提取齿轮故障特征。试验结果表明：该方法能有效提取齿轮故障特征。     

含磨损故障的齿轮传动系统非线性动力学特性

为揭示磨损故障对于齿轮传动系统非线性动态特性的影响,利用Archard和Weber-Banaschek公式分别计算了齿面动态累积磨损量和磨损齿轮对的时变啮合刚度。建立含有非线性齿侧间隙、内部误差激励和含磨损故障的时变啮合刚度的三自由度齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学方程。采用变步长Gill积分方法对动力学模型进行了数值仿真分析,以系统的激励频率为分岔参数,计算系统的对应的分岔图;引入GRAM-SCHMIDT方法对系统的Jacobi矩阵进行正交化处理,计算系统的李雅普诺夫指数谱,同时结合Poincaré映射图和功率谱验证了李雅普诺夫指数谱和分岔图计算结果的正确性。通过研究发现了系统内部存在的丰富非线性现象,包括倍周期分岔途径、阵发性途径和多种拟周期通过锁相进入混沌的现象;在系统经由拟周期进入混沌的过程中发现了交替出现的拟周期与锁相现象以及拟周期运动时功率谱分量存在的Farey序列现象。研究结果表明含有磨损故障的齿轮传动系统具有非常复杂的动力学特性,而系统由周期运动进入混沌运动的途径也是丰富多样的。     

斜齿行星传动多体动力学建模与分析

建立了斜齿行星传动的多体动力学模型,对其进行了动态特性仿真,获知了该类系统的自由振动特性、稳态动力响应以及部分设计参数对系统动态特性的影响规律。根据系统特征值的重根数、中心构件的振型坐标及各行星轮间振型坐标的比例,将斜齿行星轮系的自由振动归结为3类典型振动模式,即：轴向平移—扭转振动模式、径向平移—扭摆振动模式和行星轮振动模式,并进一步给出了各类模式的特点。当不考虑构件自身柔性时,基于多体动力学模型的自由振动特性与前人的集中参数模型的仿真结果完全一致,表明了本文所建模型的正确性。斜齿行星轮系的稳态动力学响应表明,内、外啮合力在一个啮合周期内围绕静态均值作较大幅度的波动,而啮频激励是引起该类系统振动的主要原因。参数影响分析表明,构件支承刚度和行星轮周向安装误差对系统动态特性的影响明显,浮动太阳轮、严控行星轮周向安装误差可有效抑制系统的振动。