齿轮传动多转子耦合系统振动特性研究

为了分析齿轮传动复杂轴系的振动特性,基于全自由度齿轮副有限元模型,计入油膜支承对转子振动的影响,并考虑齿轮啮合线瞬时位置的变化对齿间动态啮合力的影响,建立了齿轮传动多转子耦合系统动力学分析的通用模型,给出了建立多转子耦合振动模型的方法以及振动特性分析方法。利用典型的两级齿轮传动转子系统对耦合系统分析模型进行了分析,通过已有实验结果验证了模型与方法的有效性。最后利用耦合分析模型对大功率多级离心泵机组轴系进行了振动及响应分析,得到了齿轮副耦合作用对机组振动特性的影响,该结果对改善轴系设计和提高机组运行稳定性具有实际意义。     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-β数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明:与单轴转子系统转子裂纹的振动响应特征不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果可为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供理论基础。     

双裂纹转子振动特性的有限元和实验研究

转子裂纹是旋转机械常见故障,目前对转子复合裂纹的研究尚不够深入。本文运用有限元方法对具有两条横向裂纹的转子系统动力学特性进行了仿真分析,研究了不同裂纹夹角的转子动力学行为,并得到了转动过程中两条裂纹开闭的关系。通过与实验结果对比,验证了模拟的有效性。     

具有横向裂纹的转子系统耦合振动研究

利用数值方法研究了裂纹引起的转子耦合振动。采用有限元方法建立裂纹转子的模型 ,每个单元结点考虑 6个自由度 ,采用 Dimarogonas法推导了 12× 12阶裂纹轴段有限元刚度矩阵。采用数值积分方法和谱分析方法研究了开裂纹、开闭裂纹引起的转子横向、纵向、扭转耦合振动。得到了一些对转轴横向裂纹诊断有意义的结论     

多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动分析

本文通过研究多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动，给出了齿轮副弯曲耦合运动的约束条件，推导出多根平行轴齿轮转子系统弯曲耦合振动方程，并以ＤＨＰ４５－１型压缩机中的齿轮转子系统为例，分析和计算了多根平行轴齿轮子系统弯曲耦合振动性能。     

柔性支撑下裂纹转子振动的拟周期特性

柔性支撑下裂纹转子的振动是一种复杂的运动。本文经过研究发现：在重力占主导的前提下，柔性支撑的单盘裂纹转子其转盘与轴颈的稳态振动均呈拟周期振动特性，当转轴的静挠度远大于其振动时，裂纹引起的刚度变化可用交链模型来描述，而且，转子系统模型可被线性化，裂纹可以被转化为系统的外扰动，采用谐波平衡法可以求出系统振动的各谐波分量，从而得出裂纹转子系统的稳态振动响应。     

双裂纹转子振动特性的有限元和实验研究

转子裂纹是旋转机械常见故障,目前对转子复合裂纹的研究尚不够深入。本文运用有限元方法对具有两条横向裂纹的转子系统动力学特性进行仿真分析,研究了不同裂纹夹角的转子动力学行为,得到转动过程中两条裂纹开闭的关系。与实验结果对比,验证了模拟的有效性。     

Jeffcott裂纹转子动力特性的研究

本文采用适当的裂纹开闭模型,导出了固定坐标系中裂纹轴的刚矩阵,建立了水平Jeffcott裂纹转子的振动微分方程,并对其进行了仿真计算。数值仿真表明：裂纹转子的响应中出现2x、3x等倍频分量,并产生分数次共振现象。在超临界转速区,倍频分量很小,但在响应的相频特性图中2x、3x处相位变化很大。参数β和e^-主要影响1x谐波分量,对2x、3x等倍频分量影响很小。由于裂纹的存在,转子轨迹的中心也发生偏移。在临界速附近,转子运行过程中裂纹处于常开或常闭状态。一般情况,当转子的偏心e^-小于1时,裂纹在转子运行过程中总是时开时闭的。这些结论将有助于转子裂纹故障的监测和诊断。     

裂纹转子非线性振动实验研究

对轴中央含有横向裂纹的Jeffcott转子系统,在转子试验台上进行了非线性动力学特性的模拟实验.通过对比裂纹轴与完好轴在不同转速时的振动特征可以看出,裂纹轴的临界转速有明显降低,而且二阶和高阶频率成分在系统通过1/2临界转速时变得非常明显,在亚临界转速区,轴心轨迹出现明显的双环形结构.这些与理论分析的结果定性相符.     

多齿轮耦合复杂转子系统的振动特性分析

本文探讨了多对齿轮耦合对齿轮转子系统动力学特性的影响程度,以压缩机转子系统为例,对整个耦合系统进行了安全校核。首先,基于有限元法,建立了通用的弯—扭—轴—摆斜齿轮耦合动力学分析模型,此模型中考虑了啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向对齿轮啮合刚度矩阵的影响;接着,对系统进行了固有特性分析,得到了系统的临界转速和安全裕度表;然后,基于模态叠加法,对系统进行了不平衡响应分析,对比了考虑齿轮啮合前后系统各位置处的不平衡响应变化曲线。研究结果表明,对于多对齿轮啮合的系统,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,必须考虑齿轮耦合的影响,并且要结合固有特性以及瞬态响应分析来判断临界转速和振动峰值的大小。     

转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的非线性特性研究

研究了带有裂纹和碰摩耦合故障的弹性转子系统的复杂运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有裂纹-碰摩耦合故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和裂纹-碰摩转子系统的强非线性特点,本文用Runge-Kutta法对转子-轴承系统由裂纹和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。     

基于实验的碰摩转子系统故障的双谱特征

依据高阶统计量和双谱分析的基本原理,算法及其在工程中的理解,针对碰摩转子系统在运动过程中所监测到的振动信号实验数据进行了双变分析,并依据碰摩和油膜振荡等故障特征的理论分析对故障所呈现的双谐特征进行了合理的解释,从而提出了基于双谱分析碰摩转子故障特征提取的新方法。     

转子系统齿式联接不对中故障的运动学机理研究

从运动学角度研究了齿式联接高速重载转子系统具有不对中时的运动机理及其故障物理特性。建立了在不对中状态下联轴器外壳质心、瞬心以及啮合线的运动方程；揭示了具有不对中转子系统的外壳轴心线的回转规律；指出了齿式联接不对中转子系统运行的误差条件；提供了齿式联轴器不对中故障识别以及与相同频率特征故障区分的理论依据。     

齿式联接不对中转子的故障物理特性研究

研究了由齿式联轴节联接的高速重载转子系统具有不对中时的频谱特征及其故障物理特性。获得了具有不对中转子系统的频率、相位特征及激励力特性。     

汽车传动系裂纹故障振动测试与分析

针对这种情况,本文选择某汽车生产企业的一类典型的车型,在整车联结状态和运转状态下,考虑不同影响的因素,对其传动系的动态特性进行试验和数据分析,确定传动系在工作状态下的薄弱部位,并找出导致传动系裂纹的各种因素.这不但找出了这一类汽车传动系设计和装配过程中存在的问题,而且也为这一类型的汽车整体制造水平的提高提供了试验分析依据.     

双圆盘立式悬臂转子-轴承系统碰摩-裂纹耦合故障分析

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩-裂纹耦合故障的双圆盘立式悬臂转子-轴承系统的动力学模型,在此基础上用数值仿真方法研究了该模型在四种不同工况下的动力学行为,即无故障、单一碰摩故障、单一裂纹故障、碰摩-裂纹耦合故障,通过对该转子-轴承系统在不同工况下位移响应随旋转角速度变化的分叉图分析,发现在各种不同工况下该转子轴承系统响应表现出不同的特点,并给出了一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了该转子系统在不同角转速下的运动状态.该研究结果为转子-轴承系统特别是立式悬臂转子-轴承系统的故障诊断提供了理论参考.     

Influence of Crack on Structure Vibration of Gear Tooth

This paper presents a theoretical model for analyzing the dynamic characteristic such as natural frequencies and vibration mode shapes of cracked gears. The influence of crack position and crack size on the dynamic characteristic of gears is thoroughly investigated using the proposed theoretical model as well as the finite element method (FEM) for the sake of model validation. The theoretical analysis and numerical simulation show that the influence of crack size and crack position on the dynamic responses of cracked gears is significant and that the influence of crack position is larger than that of crack size. The natural frequencies drop with the increase of crack size and the low order natural frequencies drop more notably. The natural frequencies drop more significantly when crack is located at tooth root than at tooth tip. The vibration mode shapes of cracked gear tooth are very different from those of gear tooth without crack, and the vibration amplitude increases significantly in crack neighborhood. These observations are very valuable for damage detection and fault diagnosis of gear system.     

多平行齿轮耦合转子系统的振动特性分析

通过建立系统各轴的振动方程，联立起来形成多平行齿轮耦合转子系统的振动方程，然后进行数值求解，获得系统固有模态和动态响应。分析了某三平行齿轮减速系统的固有频率及其振型和强迫振动响应特性。结果表明，由于齿轮的耦合作用，多平行齿轮转子系统的振动不同于单轴转子，突出表现为各轴间的弯扭耦合振动，派生出许多新的模态，各轴上的不平衡会引起整个系统的振动响应。     

转子系统碰摩行为的研究

应用非线性动力学现代理论对一个带间隙转子系统的数学模型进行了研究 ,通过以转速比变化为参数的分岔图发现 :在超临界转速下存在完整的间隔混沌、周期加分岔序列 ,即系统在周期运动与混沌运动之间交替 ,且周期加一、周期数与临界转速的倍数对应相等 ;在转速小于临界转速时 ,各个连续阶次谐运动的转换区分别都出现了经由一个倍周期分岔直接导致的混沌频带 ,后又直接由一个逆倍周期分岔转化为周期一的现象。同时还揭示了阻尼对系统谐波振动幅值和转换区混沌频带宽的抑制作用 ,以及非线性刚度对混沌频带的抑制和对谐波响应幅值的促进作用。提出设计转子系统时应适当增加阻尼和选材时综合考虑系统的动力学特性 ,系统提高转速时 ,转速不要在转换区滞留太长及工作转速尽量不要选在系统的临界转速的倍频上等建议 ,这些都对减小系统故障发生率和提高系统动力学特性有重要意义     

增速传动系统齿轮拍击振动特性研究

齿轮的拍击振动效应是增速传动系统复杂动力学特性的重要表征,研究内外部激励对拍击振动的影响,对进一步阐述拍击振动规律具有重要意义。本文通过搭建一级增速齿轮传动试验台,采用光电编码器和NI数据采集系统对主动轮和从动轮转速脉冲进行测量和采集,分析主动轮与从动轮的弧长差曲线和转速差曲线,验证了增速传动下的齿轮拍击效应。然后针对不同齿侧间隙与不同转速等试验条件,开展系列化的拍击振动特性研究。分析发现：不同试验条件下的弧长差包络线均呈正弦波动趋势,且其变化幅值随着转速升高而出现缩小的趋势,而弧长差中心线位置的规律性不明显,与齿侧间隙、主动轮转速无关,仅与齿轮副初始位置相关;当拍击效应发生时,随着转速升高,拍击位置具有从齿向往齿背靠近的趋势;随着啮合轮齿间的侧隙增大,相应的拍击门槛转速降低,更易出现拍击振动现象。