含太阳轮故障因素的行星齿轮传动系统动态特性研究

基于故障因素对行星齿轮系统动态特性的影响,用赫兹接触理论,在考虑齿面接触刚度特性的条件下引入弯曲刚度,建立新的传动系统动力学模型。利用扭簧刚度变化分别引入太阳轮裂纹和断齿2种故障因素,分别模拟了行星齿轮传动系统在不同故障因素影响下的运转状态。通过分析动载荷谱、太阳轮浮动轨迹研究故障因素对行星齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:太阳轮出现裂纹故障时,太阳轮浮动轨迹随着裂纹的加深逐渐扩大;在经过裂纹轮齿时,行星轮与内齿圈啮合力振幅少量增加;太阳轮出现断齿故障时,太阳轮浮动轨迹在啮合处发生瞬时大幅度偏移;行星轮与内齿圈啮合力振幅较大,在频域图的低频区域出现大量边频带;故障因素对传动系统的影响随工况条件的改变而变化。     

考虑中间轴刚度的二级直齿轮系统动态特性分析

两级间所连接的中间轴的刚度是影响行星轮传动系统工作状态的重要因素。以某试验台二级直齿轮传动系统为研究对象,运用牛顿动力学理论建立二级齿轮传动平移-扭转动力学模型,讨论中间轴连接刚度的改变对系统动态特性的影响。结果表明:中间轴连接刚度的改变对中间轴所连接的相邻两轮齿的动载荷影响较为明显,随着中间轴连接刚度的增大,该轮齿的支撑动载荷在逐渐减小;同时,对各频率成分以及其倍频的影响较为明显,随着连接刚度的增大,各频率成分及其倍频成分的能量呈现线性减小、再平稳的变化趋势。中间轴连接刚度的改变使系统的固有频率及其振型产生了模态跃迁的情况。     

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。     

考虑多影响因素耦合的锥齿轮应力精确获取方法

锥齿轮是齿轮传动相交轴之间重要的传动装置,论文以高速重载螺旋锥齿轮传动系统为研究对象,建立了由输入功率谱向螺旋锥齿轮副的精确载荷转换方法,获取动力学特性、支撑刚度变形等多因素耦合影响下的轮齿应力-时间历程,得到航空螺旋锥齿轮的典型应力谱。利用齿轮的动力学模型和ABAQUS有限元软件相结合的方法,研究了以上两个因素对齿轮应力的影响,得出动载系数随扭矩的增加是先减小后增大,齿轮动态冲击也是先减小后增大;齿面接触应力对支撑刚度变形的敏感性大于齿根弯曲应力对支撑刚度变形的敏感性,支撑刚度变形对齿根弯曲应力的影响较小。最后基于相似性理论,搭建相似性试验台,得出测试应力与有限元获取应力的偏差为20%左右,验证了方法的正确性。     

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。     

随机啮合参数下辊轧机传动系统动力学特性分析

建立了斜齿6自由度齿轮弯-扭-轴耦合的辊轧机传动系统模型,使用变步长4阶Runge-Kutta数值积分法,对含有时变啮合刚度激励、传动误差激励以及齿侧间隙激励的传动系统动力学模型进行数值分析,得到辊轧机传动系统的动态响应过程。研究结果表明:时变啮合刚度激励、传动误差激励以及齿侧间隙激励的随机性引起齿轮传动系统不同程度的位移振动,并且振动位移均值及均方差随着随机间隙的离散程度增加而增大;由于从动齿侧处于传动系统末端,承受负载大,因此,从动齿侧的振动位移均值及均方差大于主动齿轮的振动位移均值及均方差。该研究为辊轧机传动系统的工程设计提供了参考。     

“68牙”齿圈材料和热处理工艺研究

“６８牙”内齿圈是出口的拖拉机行星减速器中的关键零件之一,由于其径向尺寸胀大最大达０．３ｍｍ影响了总成的装配。该齿圈原用２０ＣｒＭｎＴｉ钢制造,用渗碳＋淬火处理。后改用４０Ｃｒ钢制造,最终表面渗氮,制造工艺路线为锻造→正火→粗加工→调质→精加工（钻孔、插齿）→渗氮→装配。作者对该齿圈选材及加工（冷、热加工）工艺流程进行了分析研究,试验了齿圈的正火、调质、渗氮工艺后认为：材料选用和工艺流程没有问题,     

基于刚度矩阵单元的斜齿轮传动系统耦合振动有限元分析

推导了斜齿轮传动系统的轮齿啮合刚度矩阵;以及传动轴及支承的弹性变形,利用有限元法建立了考虑轮齿啮合刚度的斜齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆耦合振动模型;计算了系统的耦合振动固有模态,并分析了轮齿啮合刚度及轴承支承刚度对系统动态特性的影响。     

风电内齿圈感应淬火工艺的过程控制

内齿圈是风电齿轮箱行星级传动机构的重要组成部分,为获得优良的热处理质量需要良好的工艺过程控制.从原材料控制、感应器制作、加热因素控制、冷却因素控制和质量检验等方面,详细介绍了风电内齿圈感应淬火工艺的过程控制.     

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。     

风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。     

风电机行星齿轮传动系统动态特性

采用集中质量方法建立了1.5 MW风电机行星齿轮传动模型,在外载荷作用下采用线性弹簧来模拟轮齿间啮合,推导了行星齿轮各轮副间运动微分方程及动载系数的计算方法。在此基础上,分析了各种不同风况外载荷对系统的影响。结果表明:对于稳态风载荷,在其由小变大的过程中,啮合频率也会增大且能量最大;系统主要影响因子由刚度激励变为载荷激励,动载荷成分也变得比较丰富,出现低频带及边带频。极限阵风强度改变时,载荷瞬时变化,引起动载荷及动载系数激增;极限阵风方向改变时,x、y方向啮合力存在相位角,三个行星轮的外啮合之间有相位差,系统动载荷比阵风载荷增长1倍,轮齿间承载负荷变大。     

随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

以2 MW水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象,对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机风速作为风机齿轮箱外部载荷,通过齿轮的转矩、切向载荷,计算齿轮齿根所受应力,并采用Weibull分布进行拟合;根据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Griffith理论,建立断裂概率与裂纹之间的模型;基于Paris公式建立裂纹与载荷加载次数模型;最后,将上述2种模型结合,利用可靠度与失效率之间的关系,建立考虑随机载荷条件下,风机齿轮的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例,结果表明：相对于初始可靠度大于0.99的太阳轮,所验证的太阳轮初始可靠度在低至0.5的情况下,经过高载荷的作用,其可靠度会急剧下降,直至失效。在确定的材料下,所提模型可以较好地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响,可较好地应用于工程实践中。     

考虑内外啮合相位差的行星轮系动态特性分析

对1.5MW级风电齿轮箱行星轮系统采用集中参数法建立行星轮系扭转动力学模型,运用Runge-Kutta法对所建立的扭转动力学模型进行求解,分别讨论了时变啮合刚度和相位差对行星轮系固有特性和稳态响应特性的影响。研究结果表明:时变啮合刚度导致系统各阶固有频率随时间周期性波动,而啮合相位差导致第1阶固有频率波动范围增大,其余4阶固有频率波动范围变小,且各阶固有频率间的变化步调存在相位差;是否考虑相位差对第3、4阶振型影响较为明显;对不同时刻的第3、4阶振型影响较大;考虑相位差时保持架、行星轮、太阳轮扭振角速度幅值均降低。     

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。     

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度，但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配，增大齿轮间的啮合力，影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征，构建大型行星轮系的有限元仿真模型，对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析，获得系统中各类齿轮的危险应力历程，为可靠性分析模型提供载荷输入变量，以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换，建立行星齿轮系统可靠性分析模型，完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下，行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性，降低齿轮的有效使用寿命。     

风电齿轮箱磨损故障建模与分析

为获得磨损故障状态下风电齿轮箱的传动特性,开展仿真实验研究。以MW级风电齿轮箱为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行健康和两种中间级行星轮磨损状态的动力学仿真。结果表明：通过监测风电齿轮箱高速级小齿轮的角加速度信号,可以判定中间级行星轮是否存在磨损故障;中间级行星轮磨损故障状态下,高速级小齿轮角加速度信号的故障频率幅值随着磨损程度的增大而增大,啮合频率的幅值随着磨损程度的增大而减小;高速级小齿轮角加速度信号的边带啮合频率幅值比可以作为中间级行星轮磨损故障的判别依据,通过该值可以监测磨损故障的变化趋势。     

某型综合传动装置液压换挡缓冲系统故障仿真研究

在综合传动装置的各部件中,液压换挡缓冲系统对换挡品质控制起着关键作用。换挡冲击、换挡失灵、传动效率下降、发热严重等典型故障与液压换挡缓冲系统有着直接的关联。在分析液压换挡缓冲系统结构原理及其数学模型的基础上,利用AEMSim仿真软件建立该系统的仿真模型,并通过实车实验数据对该模型进行验证。对换挡缓冲阀芯卡滞、阻尼孔堵塞、缓冲弹簧老化等典型故障的机制及其对换挡压力特性的影响进行仿真分析,得出不同故障机制与故障特征的定量关系。仿真结果为开展综合传动装置等复杂机液系统的故障智能诊断与识别提供了数据支撑。