基于集中参数模型的齿轮系轮齿裂纹故障振动特性研究

论文摘要

齿轮系是汽车传动系统中最主要的传动机构之一,受恶劣工作环境影响,极易发生疲劳损伤而产生裂纹,影响驾驶者的舒适性甚至安全性。研究齿轮系在正常和裂纹故障下振动特性,建立相应振动响应的映射机制,具有重要的理论研究意义和工程应用价值。基于能量法和渐开线几何特性,推导正常与轮齿裂纹下齿轮副时变啮合刚度的计算公式,研究各状态下齿轮副啮合刚度特性。正常状态,只有啮合频率及倍频成分;轮齿裂纹且忽略引起转速波动时,除正常时频率成分外还有间隔为裂纹齿轮转频且幅值衰减很慢的全频边带;轮齿裂纹且考虑引起转速波动时,与转速恒定时相比,各阶啮合频率两边出现调频边带;裂纹轮齿啮合时,啮合刚度随裂纹扩展程度、扩展角增大而减小。以单级定轴齿轮系统为研究对象,基于集中参数法建立动力学分析模型,通过数值仿真和理论分析研究系统在正常和轮齿裂纹故障下振动响应特性。正常状态,只有啮合频率及倍频成分;裂纹故障且忽略其引起转速波动时,振动响应除正常频率成分外,还有裂纹齿轮转频及高阶倍频调制系统固有频率形成的全频调制边带;考虑裂纹引起转速波动时,振动响应还出现裂纹齿轮转频及倍频对各阶啮合频率调制产生的调频边带,与原有共振带延伸来的信号叠加,只改变信号幅值;转速波动量越大,调频边带越明显。单级定轴减速器实验验证了数值仿真与理论分析正确性。以单级行星齿轮系统为研究对象,基于集中参数法建立动力学分析模型,考虑传递路径时变效应,通过数值仿真研究系统在正常、太阳轮裂纹、内齿圈裂纹和行星轮裂纹下振动响应特性。以行星架转频归一,正常状态,包括各阶啮合频率附近能被3(行星轮个数)整除的阶次成分以及两侧以3倍行星架转频阶次为间隔的不对称调制边带,靠近各阶啮合频率处的共振带也有可能被激起;太阳轮裂纹时,在系统共振区还存在两组以太阳轮冲击型故障频率为间隔的边带且两组相邻阶次间形成有特殊阶次间隔;内齿圈裂纹时,在系统共振区还存在一组以3倍行星架转频阶次为间隔的共振调制边带;行星轮裂纹时,振动响应在系统共振区还存在两组以行星轮相对转频阶次为间隔的边带且两组相邻阶次间形成有特殊阶次间隔。单级行星齿轮箱实验验证了数值仿真分析结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题来源
•   1.2 研究背景及意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 定轴轮系轮齿裂纹故障振动特性研究现状
•     1.3.2 行星轮系轮齿裂纹故障振动特性研究现状
•   1.4 主要研究内容
• 第二章 齿轮副时变啮合刚度的计算与分析
•   2.1 正常齿轮副时变啮合刚度的计算
•     2.1.1 直齿圆柱齿轮内外齿单齿刚度计算
•     2.1.2 综合啮合刚度计算
•   2.2 轮齿裂纹下齿轮副时变啮合刚度的计算
•   2.3 齿轮副时变啮合刚度特性分析
•   2.4 本章小结
• 第三章 定轴轮系轮齿裂纹故障振动特性分析
•   3.1 定轴轮系动力学分析模型建立
•     3.1.1 定轴轮系集中参数模型建立
•     3.1.2 定轴轮系运动学与动力学分析
•   3.2 定轴轮系振动特性分析
•     3.2.1 正常状态下齿轮系振动特性
•     3.2.2 裂纹故障且忽略其引起转速波动下振动特性
•     3.2.3 裂纹故障且考虑其引起转速波动下振动特性
•   3.3 实验验证
•   3.4 本章小结
• 第四章 行星轮系轮齿裂纹故障振动特性分析
•   4.1 行星轮系动力学分析模型建立
•     4.1.1 行星轮系集中参数模型建立
•     4.1.2 行星轮系运动学与动力学分析
•   4.2 固定位置传感器振动响应信号的求取
•   4.3 行星轮系振动特性仿真分析
•     4.3.1 正常状态下齿轮系振动特性
•     4.3.2 太阳轮裂纹故障振动特性
•     4.3.3 内齿圈裂纹故障振动特性
•     4.3.4 行星轮裂纹故障振动特性
•   4.4 实验验证
•   4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙亚林

导师: 丁康,叶鸣

关键词: 集中参数法,齿轮传动系统,轮齿裂纹,振动响应

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,力学,机械工业

单位: 华南理工大学

基金: 国家自然科学青年科学基金,“行星轮系复合故障的振动机理及联合字典分块稀疏诊断方法研究”(51705156),国家自然科学基金,“行星轮系混合故障振动调频调幅机理和诊断方法研究”(51875206)

分类号: TH132.41;O346.1;O32

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.002521

总页数: 98

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