考虑齿距偏差的直齿轮转子系统振动特性分析

针对工程实际中的齿轮存在齿距偏差,主要研究齿距偏差对齿轮系统振动特性的影响。考虑齿距偏差,建立了齿轮啮合刚度和传递误差模型,在此基础上,建立了通用齿轮啮合动力学模型,将该模型与转子系统有限元模型进行耦合,得到了齿轮转子系统有限元模型,分析了齿距偏差对系统振动响应的影响。研究结果表明:由于齿距偏差的存在,齿轮双齿啮合区刚度降低,无载荷传递误差增大,齿轮系统振动增大,频谱图中出现啮合频率及其高次谐波的边频带成分,这些边频带主要由主动和从动齿轮的转频及其倍频组成。减小齿距偏差和增大作用扭矩均能降低齿距偏差引起的边频带幅值。研究结果可为含齿距偏差的齿轮振动分析提供理论依据。     

内啮合短齿高直齿轮承载传动误差研究

齿轮承载传动误差是评价齿轮动态啮合性能的一个重要指标,承载传动误差波动幅值越小,齿轮副动态啮合性能越好。针对目前直齿内啮合齿轮承载传动误差研究不充分的问题,以Romax软件为工具,建立内啮合短齿高直齿轮副模型,研究了内啮合短齿高直齿轮齿廓修形参数和螺旋线修形参数对承载传动误差波动幅值的影响,获得了修形参数对承载传动误差波动幅值的影响规律,并采用粒子群算法研究了内啮合短齿高直齿轮修形优化设计方法。研究成果为提高内啮合短齿高直齿轮的动态啮合性能提供了依据。     

行星传动系统振动信号数学模型及特征频率分析

在行星传动系统振动信号频谱中,存在类似于定轴齿轮传动系统故障信号的调制边带。为了研究行星齿轮传动系统的振动机理,深入研究行星齿轮啮合过程振动信号的传递特点,通过试验与仿真,分析验证了齿圈固定式行星齿轮箱振动信号受传递路径影响的变化规律,结合行星齿轮啮合过程中啮合力的周期性变化影响,推导了行星齿轮传动系统振动信号数学模型。通过仿真分析了两种不同结构类型行星齿轮传动系统振动信号的频谱特性,并分析了啮合频率周围调制边带产生的原因。最后进行了风电齿轮箱的现场测试,通过分析实测振动信号验证了所建立数学模型计算结果的正确性。     

直齿轮减振修形优化设计

为了提高齿轮副实际齿面啮合性能,设计齿廓修形曲面,与理论齿面叠加构造了直齿轮实际修形齿面,结合TCA、LTCA技术,建立考虑啮入冲击、刚度激励的直齿轮弯扭耦合的多齿对振动模型,以传动误差幅值、啮合冲击、啮合线向相对加速度均方根最小进行多目标优化,设计了最佳修形齿面。研究表明:无修形齿轮的传动误差幅值随载荷增加而增大,修形后随载荷增加重合度逐渐增大,幅值会产生波动,然后保持稳定,修形后直齿轮啮入啮出端载荷明显降低,因此啮合冲击降低;该方法确定的齿轮修形参数精确、有效,能大幅度减小齿轮的振动。     

齿轮磨损故障动态响应特征与诊断指标研究

齿轮磨损属于典型的早期故障,为监测齿轮磨损状态,开展齿轮磨损故障机理与诊断指标研究.采用解析建模的方法,定量研究了齿轮磨损对时变啮合刚度和无负载静态传递误差动力学参数的影响规律:采用Archard磨损模型计算齿轮齿面磨损深度,获得沿齿廓方向的非均匀磨损分布;采用势能法计算齿轮啮合刚度,揭示了齿轮磨损对啮合刚度幅值影响的定量规律;将齿轮磨损等效为轮齿齿廓偏差,揭示了齿轮磨损对无负载静态传递误差影响的定量规律.采用集中参数法建立齿轮传动的动力学模型,通过两级直齿轮疲劳寿命试验对比验证了齿轮磨损动态响应特征.结果 表明,齿轮磨损主要影响齿轮啮合频率及其谐波成分,同时啮合频率及其谐波的边频带以转频为主,且随磨损增加出现明显变化.基于获得的磨损动态响应特征,构造了四个基于振动信号啮合频率边带的诊断指标,该指标对磨损状态变化敏感,通过仿真和试验验证了指标的有效性和鲁棒性.     

细高齿齿轮啮合刚度及动态特性研究

为了研究细高齿齿轮的振动特性,以一对标准齿齿轮和细高齿齿轮为对比研究对象,建立直齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;采用有限元方法求解细高齿齿轮的时变啮合刚度,分析了负载对刚度的影响规律;通过Newmark-β时间积分法计算齿轮的振动响应,对比标准齿齿轮和细高齿齿轮传动系统的轴承动载荷及齿轮啮合激励,求解了不同转速下两对齿轮系统的输入、输出轴承动载荷。结果表明,细高齿齿轮啮合为两齿-三齿交替接触,刚度变化减弱;轴承动载荷波动幅值较标准齿大幅降低,啮合频率及其倍频幅值明显下降,轮齿间啮合力减小。     

齿廓误差对齿轮时变系统拍击门槛转速的影响

建立了具有时变啮合刚度的二级齿轮系统的动力学方程式。用算符分解算法（AOM）研究了齿轮啮合误差和时变啮合刚度对拍击门槛转速的影响。结果表明,时变啮合刚度和齿面误差可以导致拍击;齿轮啮合频率、或者齿面误差频率等于派生系统的固有频率引起的共振是产生拍击的原因之一;低速端的齿面误差对系统拍击门槛转速影响较小,而高速端的齿面误差对拍击门槛转速影响较大;齿面误差对拍击门槛转速的影响不仅与自身的变化频率、幅值大小有关,更重要的是与时变频率及其组合频率有关。     

含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性研究

为研究含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性,建立了考虑齿侧间隙的采煤机截割部齿轮系统动力学模型,并确立了模型中啮合刚度和阻尼的函数关系,运用变步长的Runge-Kuatt方法对动力学模型进行数值仿真,研究齿侧间隙对采煤机截割部传动系统各齿轮副啮合力的影响,结果表明:齿侧间隙增加了各齿轮副啮合力的变化量以及啮合频率倍频的幅值,齿侧间隙增大会增加啮合力的波动幅度会引起传动过程中的很大冲击力,加速齿面的磨损,同时齿侧间隙还会使齿轮由于过载而在齿轮中产生断齿。提高采煤机截割部齿轮传动系的稳定性与使用寿命,应降低其扭振程度与缩小齿侧间隙。本研究对齿轮传动系统的优化设计与研究提供理论基础。     

齿轮系统振动响应信号调制边频带产生机理

齿轮传动系统的振动频率成分复杂多变,许多频率成分难于进行力学解释。建立定轴齿轮系统啮合点处的单自由度动力学模型,并将模型激励划分为线性激励和非线性激励,分别推导正常状态和平稳型故障下的频率响应特性及诱导因素。正常状态下,齿轮振动响应频率成分为啮合频率及其倍频,由齿轮受载后产生的静弹性变形位移和啮合动刚度共同诱发,并由非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率成分。平稳型故障下,响应频率成分除正常运行特有的频率成分外,还包括:故障齿轮转频及其倍频,由平稳型位移误差函数与系统参数作用产生的惯性激励力、阻尼激励力和弹性激励力共同诱发;啮合频率及其倍频两侧间隔为转频的调制边频带,是由位移误差函数与啮合动刚度产生的弹性激励力引起的,并经非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率及调制边带。有限元仿真和试验均有效地验证了推导和分析的振动响应频率特征规律。     

基于扭振信号的齿轮故障诊断方法研究

利用力学方法分析了齿轮故障和扭矩波动特性的关系.首先利用最小熵反褶积(MED)对扭矩信号降噪处理,然后利用变分模态分解(VMD)提取故障分量信号.结果表明,空载时可以根据齿轮的转频和啮合频率幅值的变化有效识别出齿轮的故障,而加载时则要依靠齿轮的啮合频率和其边频幅值的变化对齿轮的故障进行有效诊断.     

齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析

考虑齿轮时变啮合刚度与齿侧间隙,建立齿轮副系统动力学模型。利用Floquet理论推导了参数激励作用下齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线。采用Newmark-β数值求解法对齿轮系统进行动力学仿真,研究了时变刚度、齿侧间隙、啮合阻尼对齿轮传动系统动力学特性的影响。研究结果表明:当参数激励的频率等于派生系统自由振动周期的2/n倍时,系统可能产生参数共振,随着参数激励频率的增加不稳定区域逐渐增大;齿侧间隙的存在则导致齿轮系统产生多值解和幅值跳跃等典型的非线性动力学特征;随着外部激励幅值和阻尼比增大及内部激励幅值的减小,齿轮系统的非线性振动特征逐渐减弱。     

叉车驱动桥主减速器传动平稳性分析

首先采用SolidWorks软件对弧齿锥齿轮进行三维建模,然后基于Hertz接触理论,利用ADAMS建立了叉车主减速器弧齿锥齿轮虚拟样机模型,通过仿真实验,得到齿轮啮合力波动随安装中心距变化的曲线。最后通过插入点法分别取3个典型的安装距,对其进行进一步的动态啮合特性分析。通过对比,确定出传动平稳性更合理的中心距安装误差控制范围,并得到了最理想的安装中心距,可降低振动,提高齿轮的啮合质量,为弧齿锥齿轮安装中心距的优化设计提供依据。     

渐开线齿廓波度与齿轮传动性能的关联性

渐开线齿廓含有大量的波度信息,将其拓展应用,与齿轮传动性能间建立联系,具有重要的工程价值。研究带波度渐开线方程的构建原理,拟合基于实测齿面数据的波度曲线;构建不同正弦波度渐开线齿廓,基于啮合原理在时域和频域范围内分析了波度的波长、幅值和相位与传动误差的关联性,并采用实际齿面数据进行了验证;建立带波度渐开线齿面有限元模型,对齿轮传动过程中波度的波长、幅值和相位与接触应力的关联性进行了仿真分析;开展齿轮传动误差试验,验证了传动误差计算的正确性。结果表明,齿轮传动误差波动幅度大小对齿廓波度的幅值变化较敏感;齿廓波度的周期性与传动误差阶次成分相关;波度波动周期数增加,齿数对应倍数的阶次幅值显著增大;齿面接触应力的大小主要受齿廓波度幅值的影响;渐开线齿廓波度的波长、幅值和相位的变化与齿轮的传动误差、接触应力具有较强关联性,可以基于齿廓波度信息预报齿轮啮合传动性能。     

直齿轮齿距误差与齿高修形综合设计

定义空载传动误差设计曲线为齿高修形参数,根据虚拟加工过程,建立修形齿廓方程,以最小化静传动误差波动幅值为目的,推导定载荷条件下,无齿距误差齿轮的齿高修形参数公式.采用轮齿接触分析理论求解包含齿距误差的空载传动误差,建立包含齿距误差的修形齿轮有限元模型,计算各啮合位置因承载变形引起的传动误差,在满足无齿距误差齿高修形参数公式的基础上,以设计平滑的静传动误差曲线为目的,建立齿距误差与齿高修形参数的约束方程.算例中,含齿距误差的无修形齿轮静传动误差曲线有阶跃误差,通过修形设计,消除阶跃误差,获得平滑的静传动误差曲线.     

望远镜方位锁转频率分析与动力学模型简化

定义空载传动误差设计曲线为齿高修形参数,根据虚拟加工过程,建立修形齿廓方程,以最小化静传动误差波动幅值为目的,推导定载荷条件下,无齿距误差齿轮的齿高修形参数公式.采用轮齿接触分析理论求解包含齿距误差的空载传动误差,建立包含齿距误差的修形齿轮有限元模型,计算各啮合位置因承载变形引起的传动误差,在满足无齿距误差齿高修形参数公式的基础上,以设计平滑的静传动误差曲线为目的,建立齿距误差与齿高修形参数的约束方程.算例中,含齿距误差的无修形齿轮静传动误差曲线有阶跃误差,通过修形设计,消除阶跃误差,获得平滑的静传动误差曲线.     

齿轮-转子-轴承系统复合故障振动特性研究

针对齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时齿轮副振动响应,结合齿轮副模型和滚子轴承模型,基于拉格朗日方程建立了36自由度的齿轮-转子-轴承系统耦合振型,设定齿轮副主动轮剥落和轴承表面损伤复合故障,研究了复合故障下齿轮副的振动响应。结果表明,在健康的齿轮-转子-轴承系统振动响应下,系统振动时域幅值较为均匀,振动频谱主要为轴承外圈特征频率和齿轮副啮合频率;当齿轮副发生剥落单故障时,系统振动频谱上出现啮合频率与转轴频率调制生成的边频带;当齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时,系统振动时域上的振动幅值增大,振动愈加复杂,频域信号调制现象严重,而且调制生成的信号幅值增大,但在其振动频域上可以找到其故障频率以及调制生成的谐波频率,以此可以判断系统的故障类型。     

考虑轴线偏差的多平行轴齿轮动态啮合力分析

以某离心式压缩机齿轮-转子系统为研究对象,建立多平行齿轮轴ADAMS模型,从转速与啮合力两个方面验证了模型的有效性,并在考虑载荷以及偏差量的影响下针对轴线偏差故障进行了啮合力仿真分析。研究表明齿轮轴线平行度偏差对齿轮啮合力均值无明显影响,但引起其振动幅值的增大,加剧了非线性现象;负中心距偏差下啮合力振动幅值变大,正中心距偏差下啮合力振动幅值与载荷大小有关,但两种中心距偏差均没有引起啮合力频域成分和均值的明显变化。     

采煤机截割减速器故障状态时的动力学模拟分析

针对采煤机截割减速器大锥齿轮含断齿、轻微齿形、严重齿形三种故障状态进行动力学分析研究,结果表明,三种齿轮故障状态均会使锥齿轮对传动齿间的啮合力产生周期性冲击作用,且随着故障程度的加大,冲击幅度也增加;还会产生以齿轮啮合频率、高次谐波为载波频率的调制现象,且随着故障严重程度的加大,调制边频带的幅值、宽度也随之增加.     

齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响

为研究齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响,综合考虑齿轮齿侧间隙、传输误差、齿面磨损,采用集中参数法建立齿轮平移-扭转非线性动力学模型,分析齿轮的转速、运行次数对含有齿面磨损的齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:在啮合区域内,齿根处的齿面磨损量呈减小趋势,在节点处理论磨损量为零,齿顶处的齿面磨损呈增加趋势,齿面磨损量减小趋势大于增加趋势,整个过程中齿面磨损会造成啮合刚度的减小;存在齿面磨损时,过大或过小的转速都会使齿轮系统的振幅波动变大,幅值减小;当转速一定时,含有齿面磨损的系统随着运行次数的增加,振幅幅值会逐渐减小,传动的波动会加剧。     

多间隙耦合齿轮转子系统动力学与试验研究

为了研究多间隙对齿轮转子系统动力学特性的影响,提出一种考虑多间隙耦合的齿轮转子系统动力学建模方法,并利用相应的动力学试验验证了建模方法的准确性。在动力学模型中,考虑了轴承径向间隙、动态齿侧间隙以及时变啮合刚度。分析转速和间隙大小对系统振动特性的影响规律。结果表明:从动轮加速度振动频谱主要包含径向振动频率和啮合振动频率。随着转速的提高,径向振动幅值增大,啮合振动也更为剧烈。径向间隙增大导致径向振动与啮合振动幅值升高,而齿侧间隙增大会导致机构回差增大。通过动力学验证试验,从频率和幅值上验证了理论计算和分析结果的正确性,但试验数据与理论计算之间仍存在一定误差,尤其是幅值误差较大,这些误差的主要来源是模型参数误差和测量误差。