故障齿轮时变刚度计算与动力学建模仿真研究
发布时间：2021-12-02 02:42
齿轮传动系统由于其广泛性大量应用于机械传动中,是机械设备中故障频率最高的部件。为了防止齿轮的突发故障引起的灾难事故,有必要研究齿轮故障的机理与特征。齿轮传动系统复杂的工作状态及其负载都会对齿轮故障产生影响,因此对齿轮传动系统的研究显得极为困难,对齿轮传动的故障预测技术带来的阻碍是可想而知的。因此对齿轮故障的动力学建模与轮齿故障刚度的计算,具有重要的理论价值和工程价值。本文以单级圆柱直齿轮为研究对象,采用能量法建立了健康齿轮、磨损齿轮、裂纹齿轮和断齿齿轮的时变啮合刚度计算模型,对啮合刚度的时变特性做了研究。本文又建立了齿轮传动系统动力学模型,模拟了有故障和无故障齿轮传动系统并得到了齿轮传动系统的动态响应,通过将有故障和无故障的系统动态响应进行比较分析,掌握不同故障对齿轮动力学特性的影响,为齿轮传动系统故障诊断提供了理论依据。同时本文为了使齿轮传动系统仿真更加方便,建立了齿轮传动系统动力学仿真交互界面。本文主要的工作内容如下:（1）基于能量法分别对弯曲刚度、轴向压缩刚度、剪切刚度、赫兹刚度和基体刚度进行了推导,最终得到健康齿轮时变啮合刚度的计算模型。并通过数值计算软件对刚度模型进行计算,得...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１齿轮啮合过程??２．２．３齿轮啮合刚度计算方法??
切变形、轴向压缩变形、赫兹接触变形和基础弹性变形引起的附加变形加上齿面啮??合接触变形的总和作为啮合齿轮的综合变形。??如图２－２所示，通过材料力学法将轮齿简化为二维变截面悬臂梁。Ｆ是作用在??轮齿上的啮合力，啮合力Ｆ可以分解为轴向作用力兄和径向作用力凡，轮齿在轴??向力＾的作用下发生轴向压缩变形，在径向力八作用下发生剪切变形和基体柔性??变形，同时在径向力和附加弯矩的作用下会产生弯曲变形，最后由于齿轮间的接触??也会引起接触变形。??个７??＆?ｒ?ｆ?ＮＳ?；??…多广??＾＾?广?——？?Ｌ?一??＾＾￣￣￣？??私２??Ｍ??？??图２－２齿轮等效悬臂梁结构??（３）有限元法??有限元法在齿轮应力方面的有较早的历史，在近儿十年中有限元法己有了长足??的发展。有限元法计算齿轮刚度的主要思想是：用三维软件建模为齿轮迮模施然后??将建立好的三维齿轮模型导入有限元软件屮并施加载荷，【丨算闪轮的变形Ｍ。在有??限元分析中，往往将轮齿啮合点处理成集中力的作用卞点，这样模拟的应力，〖十算??的结果实际上是集中力作用下的啮合点变形。??９??
过程中的基本振动特性。在一定的意义上，单对齿轮副可以准确的反应齿轮动力学??系统的基本性质和基本特性，也为齿轮的动力学研宄提供了必要的研究理论和研宄??方法。所以单对齿轮副动力学模型一直是齿轮动力学研宄的核心问题［３７］。图３－１是??单对渐开线直齿轮副的传动模型。??／＿??Ｗ??識??Ｉ??图３－１?ｔ齿轮传动模型??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性系统相轨迹教学仿真平台设计[J]. 张婧,盖文东,高宏岩,卢晓. 实验科学与技术. 2018(05)
[2]风机齿轮箱故障诊断技术研究综述[J]. 周泽坤. 技术与市场. 2016(04)
[3]风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断[J]. 桂勇,韩勤锴,李峥,褚福磊. 振动.测试与诊断. 2016(01)
[4]齿轮传动系统故障诊断方法研究综述[J]. 李怀俊,彭育强. 自动化仪表. 2015(10)
[5]基于改进能量法的直齿轮时变啮合刚度计算[J]. 马辉,逄旭,宋溶泽,杨健. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
[6]斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证[J]. 王峰,方宗德,李声晋. 振动与冲击. 2014(06)
[7]轮齿啮合综合刚度的计算方法研究[J]. 刘越,刘大鹍,张祖智,戈红霞. 车辆与动力技术. 2013(03)
[8]时变啮合刚度算法修正与齿根裂纹动力学建模[J]. 万志国,訾艳阳,曹宏瑞,何正嘉,王帅. 机械工程学报. 2013(11)
[9]故障齿轮啮合刚度综合计算方法[J]. 崔玲丽,张飞斌,康晨晖,胥永刚,高立新. 北京工业大学学报. 2013(03)
[10]含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究[J]. 马锐,陈予恕. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]不同因素激励下齿轮传动动力学仿真及实验研究[D]. 张靖.重庆大学 2012
硕士论文
[1]含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析[D]. 胡信鹏.吉林大学 2015
[2]基于时变啮合刚度的齿轮传动系统动力学研究[D]. 王一.东北大学 2014
[3]基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究[D]. 乔福瑞.大连理工大学 2013
[4]齿轮故障的动力学建模与轮齿裂纹刚度计算方法研究[D]. 王西.重庆大学 2012
本文编号：3527565
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１齿轮啮合过程??２．２．３齿轮啮合刚度计算方法??
切变形、轴向压缩变形、赫兹接触变形和基础弹性变形引起的附加变形加上齿面啮??合接触变形的总和作为啮合齿轮的综合变形。??如图２－２所示，通过材料力学法将轮齿简化为二维变截面悬臂梁。Ｆ是作用在??轮齿上的啮合力，啮合力Ｆ可以分解为轴向作用力兄和径向作用力凡，轮齿在轴??向力＾的作用下发生轴向压缩变形，在径向力八作用下发生剪切变形和基体柔性??变形，同时在径向力和附加弯矩的作用下会产生弯曲变形，最后由于齿轮间的接触??也会引起接触变形。??个７??＆?ｒ?ｆ?ＮＳ?；??…多广??＾＾?广?——？?Ｌ?一??＾＾￣￣￣？??私２??Ｍ??？??图２－２齿轮等效悬臂梁结构??（３）有限元法??有限元法在齿轮应力方面的有较早的历史，在近儿十年中有限元法己有了长足??的发展。有限元法计算齿轮刚度的主要思想是：用三维软件建模为齿轮迮模施然后??将建立好的三维齿轮模型导入有限元软件屮并施加载荷，【丨算闪轮的变形Ｍ。在有??限元分析中，往往将轮齿啮合点处理成集中力的作用卞点，这样模拟的应力，〖十算??的结果实际上是集中力作用下的啮合点变形。??９??
过程中的基本振动特性。在一定的意义上，单对齿轮副可以准确的反应齿轮动力学??系统的基本性质和基本特性，也为齿轮的动力学研宄提供了必要的研究理论和研宄??方法。所以单对齿轮副动力学模型一直是齿轮动力学研宄的核心问题［３７］。图３－１是??单对渐开线直齿轮副的传动模型。??／＿??Ｗ??識??Ｉ??图３－１?ｔ齿轮传动模型??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性系统相轨迹教学仿真平台设计[J]. 张婧,盖文东,高宏岩,卢晓. 实验科学与技术. 2018(05)
[2]风机齿轮箱故障诊断技术研究综述[J]. 周泽坤. 技术与市场. 2016(04)
[3]风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断[J]. 桂勇,韩勤锴,李峥,褚福磊. 振动.测试与诊断. 2016(01)
[4]齿轮传动系统故障诊断方法研究综述[J]. 李怀俊,彭育强. 自动化仪表. 2015(10)
[5]基于改进能量法的直齿轮时变啮合刚度计算[J]. 马辉,逄旭,宋溶泽,杨健. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
[6]斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证[J]. 王峰,方宗德,李声晋. 振动与冲击. 2014(06)
[7]轮齿啮合综合刚度的计算方法研究[J]. 刘越,刘大鹍,张祖智,戈红霞. 车辆与动力技术. 2013(03)
[8]时变啮合刚度算法修正与齿根裂纹动力学建模[J]. 万志国,訾艳阳,曹宏瑞,何正嘉,王帅. 机械工程学报. 2013(11)
[9]故障齿轮啮合刚度综合计算方法[J]. 崔玲丽,张飞斌,康晨晖,胥永刚,高立新. 北京工业大学学报. 2013(03)
[10]含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究[J]. 马锐,陈予恕. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]不同因素激励下齿轮传动动力学仿真及实验研究[D]. 张靖.重庆大学 2012
硕士论文
[1]含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析[D]. 胡信鹏.吉林大学 2015
[2]基于时变啮合刚度的齿轮传动系统动力学研究[D]. 王一.东北大学 2014
[3]基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究[D]. 乔福瑞.大连理工大学 2013
[4]齿轮故障的动力学建模与轮齿裂纹刚度计算方法研究[D]. 王西.重庆大学 2012
本文编号：3527565
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