基于刚柔耦合模型的行星齿轮箱太阳轮裂纹与断齿及其混合故障的仿真研究

发布时间：2020-08-24 22:03

【摘要】：采用虚拟样机技术,以实验台太阳轮正常、裂纹、断齿情况下的单级行星齿轮箱为参考对象,分别建立其刚柔耦合模型并进行动力学仿真,通过对比仿真结果与实验结果来验证仿真模型的正确性。模型验证成功之后,系统地仿真并研究了太阳轮不同程度裂纹、不同程度断齿、裂纹与断齿混合故障条件下行星齿轮箱的振动特性。具体工作内容如下。(1)应用Adams软件建立了可从箱体表面提取振动加速度信号的行星齿轮箱刚柔耦合仿真模型。通过构造一种新参数“转速—传动比相对误差向量的模”来选取仿真模型的接触参数,并且应用MD图判断了仿真模型的运动学性能。最后,通过对比仿真与实验信号的频谱图,验证了行星齿轮箱刚柔耦合仿真模型的正确性。(2)以实验台行星齿轮箱太阳轮裂纹故障为研究对象,基于Adams建立并仿真计算了与实验台太阳轮裂纹故障程度相同的故障模型及太阳轮不同程度裂纹故障模型。提出了边频带频率结构相似度γ指标,并应用此指标对太阳轮裂纹故障模型进行验证,通过比较仿真信号与实验信号,得到γ=64.5%㧐50.0%,从而验证了裂纹故障仿真模型的有效性。最后,研究了不同程度裂纹故障的时域、频域振动特性,并在时域振动特性基础上分析总结了各时域指标随裂纹故障程度变化的规律。(3)基于实验台行星齿轮箱太阳轮的断裂形式,建立并仿真计算了与实验台太阳轮断齿程度相同的故障模型及太阳轮不同程度断齿的故障模型。在太阳轮断齿故障模型验证方面,对比仿真信号和实验信号,得到γ=77.1%㧐50.0%,验证了断齿故障仿真模型的有效性。对不同程度断齿故障的振动特性进行了研究,获得了不同程度断齿故障下的时域与频域振动特性,并归纳了各时域指标随断齿故障程度变化的规律。(4)基于太阳轮的90.0%裂纹故障模型与不同程度的断齿故障模型,建立了6种裂纹与断齿混合的故障模型,并依次命名为模型1至模型6。对这6种混合故障模型进行了动力学仿真计算,得到下述结论:1)混合故障模型的振动加速度最大幅值随着模型号的增加而增加。2)分析总结了各时域指标随模型1至模型6变化的规律。3)啮合频率处的幅值随着模型号的增加而增加。轮齿在已有90.0%裂纹故障故障条件下,轮齿折断一半和全折断时对系统的影响较大。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.425
【图文】：

实验台,行星齿轮箱

都是对仿真信号在整个时间段内取平均值，很难无明显波动。此外，学者们主要是将模型啮合力、角加速面振动加速度信号，与实验台箱体振动加速度信号频谱图易见的。点及问题，本章拟以美国 SpectraQuest 公司设计的 DDS象，首先，基于实验台的行星齿轮箱，建立可从箱体表面行星齿轮箱刚柔耦合仿真模型，其次，构建一个新参数来从而克服单一参量反映转速、传动比相对误差的局限性。学性能，以期达到新参数优化模型的效果。最后通过对比速度信号分析结果，验证模型。行星齿轮箱简介准确建模之前需要先熟悉DDS实验台(Drivetrain Dynami 所示的物理模型是美国 SpectraQuest 公司设计研发的 DD电机转速表

行星齿轮箱,构型,太阳轮

图 2.2 行星齿轮箱构型图见，DDS 实验台行星齿轮箱的传动过程可总结为入轴与太阳轮通过键连接从而实现太阳轮的圆周行传动。行星轮比较特殊，在运动过程中既自转又的端盖上，行星架与行星轮之间安装有轴承，进而固定，输出扭矩。的实验台图纸，对行星齿轮箱其他的未知参数进行齿轮箱齿轮技术参数。表 2-1 齿轮技术参数齿轮太阳轮行星轮内模数/mm 1 1 齿数/个 28 36 1齿宽/mm 10 10 压力角/° 20 20

行星齿轮箱,爆炸图

.1 行星齿轮箱三维建模行星齿轮箱三维建模过程中，通常会对复杂的零部件、结构进行简化，简化仿真结果影响小或无影响。简化目的在于降低建模难度、方便研究行星齿轮性和提高计算效率。本文对行星齿轮箱建模做出了以下假设和简化：a)忽略构件间的装配间隙、啮合间隙和制造误差。b)简化对仿真结果影响小的密封、平键等次要构件，轴承简化为相同体积、相同质量的圆柱体[56]。c)使用 U的 GC 工具箱模块建立齿轮模型时，其精度有误差，故需将 4 个行星轮视为星轮。行星齿轮箱模型中各个零部件装配在一起并具有确定运动关系才可进行动。装配前需要确定各个部件之间的约束关系，装配过程最主要的难点是太阳轮、行星轮与内齿圈之间的准确装配。本文通过使用 GC 工具箱，进行齿轮及建立齿轮啮合关系，其他零部件则依据彼此间的位置关系进行装配。模型之后，检查各个部件间的干涉情况，若有干涉，需将其消除。图 2.3 为单级箱爆炸图，清晰地展示了各零部件间的装配关系。图 2.4 是箱体与传动系统图，说明了行星齿轮箱主要是由传动系统和箱体等组成。箱体行星架及输出轴

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