齿轮断齿—点蚀复合故障振动特性分析与诊断研究

发布时间：2017-04-15 10:11

  本文关键词：齿轮断齿—点蚀复合故障振动特性分析与诊断研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮箱作为许多大型机械传动的核心部件,比如风力发电机增速箱、直升机主减速器、坦克传动系统等,在整个机械运作中扮演至关重要的角色。由于长期在各种恶劣环境中运行极其容易出现各种故障,其中齿轮故障占很大的比例,并且齿轮的断齿和点蚀是最常见的也是最容易出现的故障。齿轮的断齿和点蚀故障,不仅会单独发生而且常常会同时发生导致断齿-点蚀复合故障的出现。如果不及时对故障进行诊断维护会导致齿轮箱以及整机的失效,甚至给人类的生产和生活带来极大的经济损失和人身伤亡。文章以齿轮的断齿-点蚀复合故障为研究对象,对其进行振动特性分析,并且利用流形学习方法得到不同程度复合故障与单故障之间的关联特性,通过总结不同类型以及不同程度的故障特征,最终达到相互识别的目的,主要研究工作如下:(1)基于ADAMS的齿轮断齿-点蚀复合故障动力学建模。以Spectra Quest公司(美国)的综合故障模拟实验台的齿轮箱为对象,在ADAMS中设置齿轮接触参数,通过计算得到齿轮的啮合刚度,经过多次仿真优化,获取最接近实际的啮合刚度和阻尼。分析了齿轮在运动啮合时产生的主要变形类型及其特点,通过引入辅助齿轮解决了齿轮的弯曲变形和齿轮的扭转变形的建模问题,而采用植入故障几何形态的方法即通过ADAMS软件里面的接触算法有效的模拟了齿轮的接触变形,研究了齿轮单故障和复合故障对齿轮传动系统的影响,建立了齿轮断齿-点蚀复合故障以及单故障的动力学模型。(2)齿轮断齿-点蚀复合故障振动特性分析与诊断方法研究。首先,在得到齿轮故障动力学模型的基础上,设置仿真条件得到齿轮断齿、点蚀单故障以及复合故障的响应信号。其次,基于时域统计指标的12个特征参数,研究了齿轮的断齿和点蚀单故障振动特性。优选时域特征参数分析了在四种不同程度、三种不同负载以及三种不同转速情况下断齿-点蚀复合故障的振动时域特性。最后对断齿单故障、点蚀单故障以及复合故障进行了频谱分析,提出了基于绝对偏差等级的齿轮故障诊断方法,即在不同程度断齿单故障、点蚀单故障以及复合故障啮合频率及其倍频的基础上,通过与正常状态下的对比,可以得到不同程度以及不同类型故障在啮合频率几倍频处,其故障最为敏感,在此基础上总结故障信号的特征可以初步达到故障识别的目的。(3)齿轮断齿-点蚀复合故障与单故障之间的关联特性分析。利用流形学习方法进行数据分析,得到不同程度与不同转速下的齿轮断齿、点蚀单故障与复合故障的本征特征及其变化规律。通过断齿-点蚀复合故障和单故障之间的关联特性分析及其变化规律,发现了随着故障程度的加深,单故障与复合故障之间交叠区域逐渐变小,其关联程度逐渐变弱,断齿单故障与复合故障能够在故障初晚期能够进行很好的识别,而点蚀单故障与复合故障能够在故障晚期达到很好的识别效果;发现了对于整体来说,断齿单故障故障圆区域相对集中,特别是在故障初期以及晚期故障特征更加明显,而点蚀单故障故障圆区域与复合故障的都出现了明显变化,点蚀单故障只是在故障早期故障特征明显;发现了随着转速的变大,断齿单故障和复合故障故障圆的圆心连线曲率都是在逐渐变大的,而点蚀单故障的基本没有变化。总结以上故障特征,结合之前利用时域和频域分析得到的结论,最终达到不同程度复合故障与单故障之间识别的目的。(4)齿轮断齿-点蚀复合故障实验。以美国Spectra Quest公司的故障模拟实验台作为对象进行实验数据采集,分别验证了齿轮传动系统动力学模型的正确性、基于绝对偏差等级的齿轮故障诊断方法的正确性以及断齿-点蚀复合故障与单故障之间关联特性结论的正确性。
【关键词】：齿轮断齿-点蚀 复合故障 振动特性 故障诊断
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究的背景和意义11
• 1.2 国内外现状11-13
• 1.3 论文的主要内容13-15
• 第二章 基于ADAMS的齿轮断齿-点蚀复合故障动力学建模15-43
• 2.1 多刚体系统动力学建模15-22
• 2.1.1 多刚体运动学建模15-19
• 2.1.2 多刚体动力学建模19-21
• 2.1.3 多刚体系统动力学方程的求解21-22
• 2.2 基于Solid Works的齿轮断齿-点蚀复合故障三维实体建模22-28
• 2.2.1 齿轮传动系统的基本参数22-23
• 2.2.2 齿轮传动系统的建模及装配结果23-25
• 2.2.3 齿轮典型故障三维建模25-28
• 2.3 齿轮传动系统动力学模型的建立与仿真28-37
• 2.3.1 齿轮传动系统动力学建模28-32
• 2.3.2 齿轮啮合仿真参数的设置32-33
• 2.3.3 齿轮仿真及结果分析33-37
• 2.4 基于ADAMS的齿轮典型故障建模37-40
• 2.4.1 齿轮断齿单故障模型38-39
• 2.4.2 齿轮点蚀单故障模型39-40
• 2.4.3 齿轮断齿-点蚀复合故障模型40
• 2.5 本章总结40-43
• 第三章 齿轮单故障振动特性分析43-53
• 3.1 典型故障表现及特征分析43-44
• 3.1.1 齿轮典型故障及其机理43-44
• 3.1.2 齿轮典型故障的振动信号特征44
• 3.2 齿轮断齿单故障的振动特性分析44-49
• 3.2.1 齿轮断齿单故障的仿真与分析44-46
• 3.2.2 齿轮断齿单故障的时域分析46-49
• 3.3 齿轮点蚀单故障的振动特性分析49-52
• 3.3.1 齿轮点蚀单故障的仿真与分析49-51
• 3.3.2 齿轮点蚀单故障的时域分析51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 齿轮断齿-点蚀复合故障振动特性分析与诊断方法研究53-67
• 4.1 齿轮断齿-点蚀复合故障的振动特性分析53-62
• 4.1.1 齿轮断齿-点蚀复合故障的仿真与分析53-55
• 4.1.2 齿轮断齿-点蚀复合故障的时域统计分析55-62
• 4.2 基于绝对偏差等级的齿轮复合故障诊断方法62-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 复合故障与单故障之间的关联特性分析67-81
• 5.1 复合故障与单故障之间的关联特性分析方法步骤67-68
• 5.2 齿轮断齿-点蚀复合故障与断齿单故障的关联特性分析68-74
• 5.3 齿轮断齿-点蚀复合故障与点蚀单故障的关联特性分析74-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 齿轮断齿-点蚀复合故障实验81-97
• 6.1 齿轮断齿-点蚀复合故障实验台搭建81-83
• 6.1.1 齿轮故障模拟实验台81-82
• 6.1.2 振动信号采集系统82-83
• 6.2 齿轮典型故障实验方案设计83-84
• 6.3 齿轮传动系统的实验验证84-95
• 6.3.1 齿轮传动系统动力学仿真模型的实验验证87-89
• 6.3.2 基于绝对偏差等级齿轮复合故障诊断的实验验证89-91
• 6.3.3 断齿-点蚀复合故障与单故障之间关联特性的实验验证91-95
• 6.4 本章小结95-97
• 第七章 总结与展望97-99
• 7.1 总结97-98
• 7.2 展望98-99
• 参考文献99-103
• 致谢103-105
• 附录：攻读硕士学位期间主要研究成果目录105

【参考文献】

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本文编号：308186