齿面剥落行星轮系故障激励与动态响应特性研究

发布时间：2020-11-08 19:35

　　高功率密度的传动系统是我国国防、能源、交通运输、航空航天等领域所迫切需要的关键装置与系统。行星轮系由于体积小、结构紧凑、传动效率高、承载能力强、传动转矩大等优点,被广泛用于船舶、风电、交通运输、航空航天以及工程机械等现代化机械设备中。由于行星系统中的齿轮长期工作在低速重载等恶劣工况下,系统内齿轮故障频发,成为了制约行星齿轮传动系统向高可靠性、长寿命发展的关键因素,其中剥落故障是齿轮系统中最为常见的失效形式之一,其故障的发生将会严重影响行星齿轮传动系统的安全性以及可靠性,严重时甚至会造成灾难性的事故。因此,开展行星轮系的剥落故障激励以及振动动态响应特性分析,具有重要的学术理论价值与工程意义。行星齿轮传动系统不同于定轴齿轮系,由于其复杂的自身结构与内部激励,具有众多独特的振动特性。例如,由于内部的多对齿轮啮合副以及行星架的自转与公转,行星齿轮系统的振动响应比普通定轴齿轮系更为复杂。对于行星齿轮系,中心轮与各个行星轮同时啮合,每个啮合副产生的振动信号具有一定的相似性,但由于啮合相位差的存在,一些构件的振动形式被抑制或中和,而一些构件的振动形式则被增强,故障的引入更是加剧了行星轮动态响应分析的难度。因此,本文针对剥落故障行星轮系响应特征问题,开展了一系列剥落故障行星轮系的故障激励与动态响应特性的研究,主要研究工作总结如下:(1)根据齿根圆角圆心所在位置,基于齿根圆角在基圆内与基圆外两种情况,提出了一个精确考虑齿根圆与基圆之间势能的时变啮合刚度的解析改进模型,针对齿根圆角圆心所在位置,研究了不同参数条件下轮齿时变啮合刚度的改进算法。研究了非剥落对称导致的竖直方向的扭转力矩对啮合刚度的影响,提出了一种考虑扭转能量的齿面剥落故障啮合刚度的计算方法,得出了计算非对称剥落的轮齿啮合刚度的理论模型。(2)利用集中质量法,建立了含剥落故障的行星轮系系统动力学模型,并结合各个轮齿啮合位置之间的相位关系,精确研究了不同构件上的剥落故障进入啮合的耦合条件。基于此模型,对不同故障激励位置的系统动力学响应进行了仿真分析,分析了不同故障条件下系统的振动响应,并基于其动态结果的频谱图,得到了不同故障激励位置的特征故障频率,分析了剥落故障尺寸以及剥落偏距对系统振动响应的影响。(3)考虑了振动传递路径的时变效应以及不同位置处剥落故障对测得信号的调制作用,建立了行星齿轮箱传感器安装位置处的振动信号的数学解析模型,研究了剥落故障行星齿轮箱的振动特性,为由于齿轮系中局部剥落缺陷导致出现在某些频率点位置处的边带成分提供合理的解释,阐明了剥落故障激励所产生的特征与外部安装在箱体上的振动传感器所观测到的信号特征之间的映射关系,其结论可用于确定齿面剥落故障所引入的附加频率分量所在位置。(4)搭建了行星轮系齿面剥落故障试验台,将故障分别植入太阳轮、行星轮以及齿圈,开展了剥落故障位置影响系统动态响应测试实验,通过对比实验结果与理论结果,验证了理论研究的正确性。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

轮齿,故障,风机,事故

任何行星轮系的故障都可能伴随着整个风机的灾难性损坏，如图1.1 所示。美国陆军 UH-60A 黑鹰直升机主传动系统中的行星轮故障被认为是导致飞行安全事故发生的最大潜在因素[1]。图 1.1 由轮齿故障引起的风机事故Fig. 1.1 Catastrophe caused by the gear failure in a wind turbine

石川,公式法

算得到了单齿综合刚度，法建立了精确的轮齿刚度有，Ma[12]通过建立多齿啮合度。有限元法计算精度较建模与计算。相较于有限算啮合刚度提供了一个更高-16,41]根据 ISO 6336-1-2006 与时变啮合刚度激励简化为将齿轮简化为与齿型相似的得到了广泛的应用。李亚鹏影响，提出了基于石川公式单的优点，但其理论基础确计算轮齿故障参数或齿

公式法,齿轮变形,故障参数,石川