含太阳轮缺齿故障的行星齿轮传动系统动态特性研究

针对故障因素对行星齿轮传动系统动态特性影响不明确的问题,采用Hertz接触理论计算齿轮副啮合力的方法,有效的引入了太阳轮缺齿故障因素,建立了行星齿轮传动系统动力学分析模型;模拟系统在太阳轮出现缺齿情况下的工作过程,分析故障因素随着系统输入转速和负载变化对传动系统动态特性的影响。数据表明:太阳轮出现缺齿故障时,太阳轮浮动轨迹半径增大;啮合力基频及倍频周围出现边频带,低频区域出现大量低频带;随着转速和负载的增加,各轮齿间啮合力正常波动和冲击幅值均增大。该结果可为行星齿轮传动系统的设计制造、使用监测和故障诊断提供理论依据。     

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。     

点蚀故障行星轮系动态特性分析

获取啮合力特性是开展行星轮系故障诊断的基础。运用SolidWorks与ADAMS建立健康状态和太阳轮点蚀故障状态下行星轮系的虚拟样机,合理设置仿真参数,对太阳轮与行星轮之间的啮合力进行仿真研究。结果表明：在太阳轮点蚀故障状态下,太阳轮与行星轮之间啮合力的时域波形具有周期性的冲击和调幅现象;啮合力的频域波形不仅出现了行星架的转频和太阳轮点蚀的故障特征频率,而且在行星轮系啮合频率及其倍频两侧出现了太阳轮点蚀故障特征频率的调制边频带;点蚀越严重,边带主频幅值比增大越明显。研究结果为行星轮系的早期故障诊断提供一定的理论参考     

MW级风机齿轮传动系统动力响应分析

参考国家标准GB/Tl9406-2003和国际标准IS081400-4:2005规范设计2.5MW风机增速箱三维模型。联合ADAMS与MATLAB软件对单级斜齿行星轮系进行动力学分析,对正常和断齿工况下的动态特性、啮合力时频域信号进行对比研究。同时,在仿真环境下实现了三级增速齿轮啮合过程,仿真分析结果对整机出现断齿故障的预测和系统可靠性研究有实践指导作用。     

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。     

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。     

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。     

一种新型行星传动均载机构的研究

均载方案的选择是行星齿轮传动裝置结构设计的核心。本文介绍了一种太阳轮浮动与刚挂柔性内齿圈相结合的均载结构,并对其太阳轮的浮动量、齿圈沿齿宽的载荷分布及传动质量分别进行了计算、分析和测试。     

风电机组行星传动柔性齿圈变形特点分析

以风力发电机行星传动系统为研究对象,为揭示齿圈变形特点,将齿圈离散为多段刚性轮齿段,对每两轮齿段用理论长度为零的双向扭转弹簧及铰链连接。在行星架随动坐标系下,综合考虑支撑刚度、齿轮啮合时变刚度和齿圈柔性,建立了风力发电机行星传动系统刚-柔耦合动力学模型。分析各构件间的相对运动微位移及齿圈的受力情况,运用牛顿力学推出动力学方程;基于所建模型,分别讨论了不同扭簧扭转刚度、负载力矩、支撑点处径向支撑刚度和周向支撑刚度条件,得到了齿圈的变形特点。该结果可为风力发电机行星传动的设计提供参考。     

基于LTCA的高速齿轮传动系统非线性动态特性分析

为研究高速齿轮传动系统的动态特性问题,建立了考虑时变啮合刚度激励、误差等因素的非线性弯-扭耦合动力学模型。采用承载接触仿真(LTCA)方法,结合当量误差啮合理论,计算了模型中的时变啮合刚度和啮合误差激励条件。利用数值方法求解得到系统的动态响应特性。结果表明:在时变啮合刚度和啮合误差激励因素影响下,系统表现出很强的非线性特性;转速从7000r/min变化到15000r/min时,时间历程一直表现为非周期变化;增大轮齿啮合刚度和提高加工精度等级可改善动态响应特性。为高速齿轮传动系统的动态稳定性设计提供理论基础。     

齿根裂纹下的行星齿轮系统动力学特性研究

基于集总参数法,建立太阳齿轮有裂纹状态下的行星齿轮的动力学模型。提出一种考虑轮齿过渡曲线的啮合刚度改进方法,推导齿轮健康状态和裂纹状态下的时变啮合刚度计算方法,在此基础上求解振动响应。仿真结果表明：当齿根出现裂纹时,齿根的振动响应具有明显的冲击响应特征,且可以获得太阳齿轮故障的特征频率和倍频特性。最后将仿真信号与测试信号进行对比,试验结果与仿真结果吻合性较好,验证了所提动力学模型的有效性。     

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。     

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。     

冲击载荷作用下减速器行星齿轮传动系统振动特性研究

行星机构应用领域广泛,其稳定性影响生产可靠性。为了研究行星齿轮传动部分的振动特性,以某减速器行星部分为研究对象,采用集中质量法建立行星齿轮机构的动力学模型,建立单个齿轮振动模型,得到影响振动特性的因素。利用动力学分析软件,研究冲击载荷作用下行星齿轮机构的振动情况,获得各级传动角速度及啮合力曲线。结果表明:啮合力在起始阶段存在大范围波动,有冲击作用,啮合力围绕均值上下波动,在小周期内重复相同的波动;冲击载荷作用下,啮合力的不稳定性增强,大范围地波动,啮合力接近于稳定载荷下的3倍;对结构柔性化后,柔性体接触间会发生小幅度弹性变形,变形导致啮合冲击增大。研究结果为行星齿轮传动系统的优化设计提供了参考。     

基于非线性有限元接触理论行星齿轮副瞬态啮合特性研究

为了比较分析风电行星齿轮副啮合面和非啮面瞬态接触特性的差异,根据非线性有限元接触理论,建立了某风电增速用输入级传动机构NGW型行星轮系的非线性有限元模型,对行星齿轮副的瞬态啮合过程进行了动力学实验研究,获得了行星轮系构件齿廓不同啮合位置应力的时间历程曲线。研究表明啮合轮齿廓不同位置的应力具有相似的变化规律;与外啮合的行星齿轮轮廓应力相比,内啮合行星齿轮齿廓的应力较大。在此基础上,对比分析了风电行星齿轮副的关键工况参数对啮合面和非啮合面的瞬态接触的影响,为以改善行星齿轮啮合性能和可靠性为目标的动态优化设计方案确定提供有益的指导。     

考虑行星轮不平衡影响下的啮合边带特征研究北大核心

啮合边带特征是齿轮箱故障诊断关注的指标,针对行星轮不平衡引起的啮合边带的调制特征未知问题,通过分析振动的传递路径,建立考虑行星轮不平衡质量与时变啮合刚度和太阳轮浮动多因素耦合的行星轮系振动模型。基于该振动模型分析同相位和顺序相位结构特点的行星传动在行星轮不平衡影响下的啮合边带特征;通过与健康状态下系统啮合边带特征的对比,揭示行星轮不平衡引起的啮合边带调制机理;同时分析在不同运行转速和负载工况下行星轮不平衡对啮合边带调制的影响规律,结果表明啮合边带易受转速和负载影响。     

基于PRO/E与ADAMS二级行星齿轮传动系统的动力学研究

多级行星轮系结构复杂,运动学与动力学的表现难以确定。文章以二级行星齿轮传动系统为研究对象,确定太阳轮、行星轮与内齿轮之间正确的啮合参数,利用三维造型软件PRO/E建立行星齿轮传动系统的实体模型,以动力学分析软件ADAMS为平台建立虚拟样机模型,进行传动系统的运动学与动力学仿真。仿真得到系统的传动比、输出轴的输出速度以及齿轮之间的径向力与圆周力,结果与理论计算结果吻合度很高,说明虚拟样机模型的构建合理。仿真结果可对多级行星齿轮减速器的优化设计和工程分析提供理论依据。     

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。     

基于分形理论的粗糙齿面齿轮动力学研究

为研究齿面微观误差对齿轮动力学特性的影响,基于分形理论对粗糙表面进行分形表征。结合时变啮合刚度、静态传递误差以及齿面摩擦等因素,建立计及粗糙齿面的齿轮非线性动力学模型,研究齿面粗糙度、齿面摩擦及工况对齿轮动力学特性的影响。结果表明：粗糙度增大时,齿轮传动系统的动态传递误差增大,振动稳定性降低,动态性能逐步恶化;齿面摩擦会使齿轮副的动态传递误差和振动位移都增大,且摩擦对垂直啮合线方向的振动特性影响更明显;粗糙度对齿轮动力学特性的影响随工况变化而改变,结合工况合理地进行齿面精度设计,有利于进一步平衡加工成本与传动质量之间的问题。     

盾构主减速机齿轮热疲劳分析

因为盾构主减速机低速、重载的工作特点,工作时遇到的主要问题是齿轮发热严重及齿面点蚀甚至断裂。将减速机低速级太阳轮轮齿啮合过程离散化为20个啮合姿态,通过对齿轮热力耦合接触有限元模型进行仿真分析,研究温度场对齿轮动态啮合接触的影响。基于修正后的S-N曲线,将每个啮合姿态视为一个时间步,利用nCodeDesignLife分别计算了考虑和未考虑齿轮温度场影响的接触疲劳寿命。结果表明:齿轮啮合接触时,热力耦合接触应力值普遍大于非热力耦合接触应力,两者分布规律相似;计算低速级太阳轮疲劳寿命,热力耦合接触疲劳寿命为常规接触寿命的0.74,齿轮的温升对齿轮的接触疲劳寿命存在较大的削弱作用。