基于虚拟样机技术的采煤机截割减速器故障仿真研究

发布时间：2020-04-12 03:11

【摘要】： 采煤机截割减速器是采煤机截割部的主要传动装置,承受着较大的力的传递作用。由于截割减速器工作环境恶劣和动载荷过大,常常导致减速器出现故障。因此,进行减速器齿轮箱故障诊断研究对采煤机的正常运行有重要的意义。在齿轮箱故障诊断中,准确地提取各种典型故障的特征是尤为关键的,根据提取的故障信号的特征,提出行之有效的诊断方法,可为齿轮箱智能诊断系统的研制打下良好的基础。但由于齿轮箱系统自身的复杂性和故障的多样性,国内外在这方面的研究还比较薄弱。目前,齿轮箱典型故障特征的提取主要通过大量的实验并结合理论分析来完成的。虚拟样机技术是在建立第一台物理样机之前,利用计算机技术建立机械系统的数学模型,进行仿真分析并给出该系统在模拟真实工况下的各种特性的一种前沿性科学技术。借助虚拟样机技术也可以模拟机械系统的各种故障,通过仿真得到故障系统的各种特性,再与正常系统的各种特性进行比较,从而可以提取模拟故障的故障特征,为该系统的故障诊断提供一定依据。与传统的故障特征提取方法相比,借助虚拟样机技术进行故障特征提取可以节约成本,缩短实验时间,且可以对机械系统各种可能出现的故障进行模拟。鉴于此,本文以某采煤机截割减速器齿轮箱为研究对象,借助虚拟样机技术来进行齿轮箱典型故障特征的提取研究。其结果与齿轮振动机理和信号调制理论等基本相吻合,进而为齿轮箱典型故障特征的提取探索了一种新的方法。主要工作如下: 1.基于Pro/E的采煤机截割减速器三维模型的参数化建立。以直齿圆柱齿轮为例,探讨了实现参数化建模的方法;探讨了直齿圆锥齿轮和直齿圆柱内齿轮在建模过程中需要注意的基本要点;最后对减速器进行装配。 2.基于ADAMS的采煤机截割减速器动态特性仿真分析。本文借助Pro/E与ADAMS之间的数据转换接口Mechanism/Pro,实现三维模型的导入;通过模拟实际工况施加载荷与约束、选取碰撞参数等实现减速器虚拟样机模型的建立;继而完成了减速器动力学的仿真,其中包括减速器的正常工作状态和含故障工作情形,并对仿真结果进行了初步的分析;最后完成仿真数据的输出,为后期的信号处理奠定了基础。 3.根据虚拟样机的模拟仿真结果分析了齿轮箱中的齿形误差和断齿两种典型故障。对含有故障的振动信号进行时域分析和频域分析,通过与正常状态下的振动信号进行比较,从而提取出典型故障的故障特征。其结果与齿轮振动机理和信号调制理论等基本相吻合,进而证明了此方法的可行性,同时也为齿轮箱典型故障特征的提取探索了一种新的方法。
【图文】：

基圆,齿宽,轮廓曲线,渐开线

图 3-6 渐开线方程图 3-7 渐开线曲线Fig.3-6 The involute equation Fig.3-7 The involute curve3．创建齿轮的基本实体生成渐开线曲线之后，镜像渐开线曲线，裁减后可得到完整的轮廓曲线，对渐开线所围成的面积做齿肉的拉伸，如图 3-8 所示。齿轮的基本实体为基圆的圆柱形实体，将基圆沿轴线方向拉伸齿宽长度即可得到齿轮的基本实体，如图 3-9 所示。最后是阵列齿肉的部分，如图 3-10 所示。

基圆,齿宽,轮廓曲线,渐开线

图 3-6 渐开线方程图 3-7 渐开线曲线Fig.3-6 The involute equation Fig.3-7 The involute curve3．创建齿轮的基本实体生成渐开线曲线之后，镜像渐开线曲线，裁减后可得到完整的轮廓曲线，，对渐开线所围成的面积做齿肉的拉伸，如图 3-8 所示。齿轮的基本实体为基圆的圆柱形实体，将基圆沿轴线方向拉伸齿宽长度即可得到齿轮的基本实体，如图 3-9 所示。最后是阵列齿肉的部分，如图 3-10 所示。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TD421.6;TH165.3

【参考文献】