故障齿轮时变啮合刚度计算方法及其动力学建模仿真

发布时间：2017-03-23 20:03

  本文关键词：故障齿轮时变啮合刚度计算方法及其动力学建模仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动系统是机械设备中的一个重要组成部分,由于其具有承载力大、传动效率高、传动精度高且安装紧凑等优点,被广泛应用在载运、生产等各类机械设备的动力传递中。由于齿轮在疲劳载荷和其它随机因素作用下,很容易受到损害并出现故障,因此为了减少齿轮故障的发生,有必要对其形成机理及故障特征响应进行研究。然而,齿轮传动系统作为一强非线性系统,其中存在多种非线性参数,如:时变啮合刚度、齿轮侧隙、传动误差等等,这些非线性特征为齿轮故障形成机理及故障特征响应的研究带来很大困难。因此,对故障齿轮的建模方法、故障机理及其动力学响应进行研究具有重要的理论价值和实际意义。本文在研究直齿圆柱齿轮时变啮合刚度的基础上,分析了齿根裂纹及齿轮偏心对啮合刚度的影响并推导了相应的刚度计算模型,并且建立了8自由度直齿轮传动系统动力学模型,在对该模型进行动力学行为仿真的基础上,分析并获得了带不同故障的齿轮在各工况下的动力学响应特性。主要开展的工作如下:(1)将单个轮齿简化为悬臂梁模型,并基于能量法分别对其弯曲刚度、径向压缩刚度、剪切刚度、赫兹刚度和基体变形刚度进行推导计算,最终得到正常齿轮总体啮合刚度的计算方法。(2)在正常齿轮总体啮合刚度的计算方法基础上,推导了含齿根裂纹故障及偏心故障的齿轮时变啮合刚度的计算方法,并对不同故障程度的齿轮时变啮合刚度进行计算及分析。(3)建立单级8自由度直齿轮传动系统动力学模型,将计算得到的故障时变刚度参数代入模型中,求解正常齿轮以及不同故障程度齿轮的动力学响应,并利用时频方法对仿真结果进行分析,获得不同故障类型及程度对振动响应的影响规律。
【关键词】：齿轮建模 齿根裂纹 齿轮偏心 时变啮合刚度
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 选题背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状及发展8-11
• 1.2.1 齿轮传动系统动力学发展进程8-10
• 1.2.2 带故障齿轮的动力学研究现状10-11
• 1.3 主要研究内容11-13
• 第二章 齿轮传动系统动力学基本理论13-22
• 2.1 齿轮传动系统的动态激励13-14
• 2.2 轮齿总体时变啮合刚度及其计算方法14-19
• 2.2.1 总体啮合刚度14-15
• 2.2.2 直齿轮轮齿综合啮合刚度计算方法15-18
• 2.2.3 轮齿常见故障及形成机理18-19
• 2.3 齿轮系统动力学模型19-21
• 2.3.1 齿轮系统模型的分类19
• 2.3.2 齿轮系统振动分析模型19-20
• 2.3.3 模型求解方法20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 正常齿轮啮合刚度计算22-37
• 3.1 引言22
• 3.2 正常单轮齿啮合刚度计算22-30
• 3.2.1 赫兹接触刚度计算23-24
• 3.2.2 弯曲刚度、轴向压缩刚度和剪切刚度的计算24-26
• 3.2.3 齿轮基体变形所对应的刚度计算26-28
• 3.2.4 总体啮合刚度计算28-30
• 3.3 单、双齿交替啮合过程中齿轮副啮合刚度计算30-36
• 3.3.1 单、双齿啮合时总体刚度计算30-34
• 3.3.2 单、双齿啮合区交替关系34-35
• 3.3.3 齿轮副实际总体啮合刚度的计算35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 故障齿轮啮合刚度计算37-46
• 4.1 齿根裂纹故障啮合刚度计算37-42
• 4.2 偏心故障齿轮啮合刚度计算42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 齿轮系统动力学模型及其仿真计算46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 齿轮传动系统动力学模型46-49
• 5.3 齿轮动力学模型数值仿真49-56
• 5.3.1 正常齿轮数值仿真49-51
• 5.3.2 齿根裂纹故障的齿轮动力学仿真51-54
• 5.3.3 齿轮偏心故障的齿轮系统动力学仿真54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 结论和展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文64

【参考文献】

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1 万志国;訾艳阳;曹宏瑞;何正嘉;王帅;;时变啮合刚度算法修正与齿根裂纹动力学建模[J];机械工程学报;2013年11期

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本文编号：264460