基于多体动力学的直升机主传动系统典型齿轮故障建模方法研究

发布时间：2017-11-01 20:04

  本文关键词：基于多体动力学的直升机主传动系统典型齿轮故障建模方法研究

  更多相关文章： 齿轮系统 多体动力学 直升机主传动系统 故障建模

【摘要】：直升机在军民交通中发挥着重要的作用,主传动系统是直升机的关键核心部件,开展直升机主传动系统故障诊断研究对确保直升机安全可靠运行具有重大意义。直升机主传动系统结构复杂,难以通过实验台搭建的方法获取故障数据,制约了直升机主传动系统的故障诊断技术的研究。针对此问题,本论文通过故障建模方法,建立含有齿轮故障的直升机主传动系统多体动力学模型,通过仿真信号研究主传动系统齿轮故障的演变规律。研究结果可为直升机传动系统故障诊断提供一定的依据和指导,也为大型机械系统故障诊断提供一种新方法。论文的主要研究内容如下:(1)可反映振动传递特性的齿轮系统建模方法研究。以美国Spectra Quest公司故障模拟实验台的齿轮箱为依托,开展反映振动传递特性的齿轮系统建模方法研究。利用CATIA建立了齿轮系统的三维实体模型,通过CATIA与ADAMS的专业接口软件Sim Designer导入ADAMS中,对传动轴和齿轮副进行柔性化处理,定义运动副,添加接触力和负载,通过弹簧—阻尼结构模拟齿轮箱与实验台面的支撑,这样保证了箱体能够顺利反映振动,计算出齿轮时变接触刚度系数,多次仿真确定扭簧刚度和接触力阻尼系数,即考虑时变接触刚度、齿轮轮体扭转变形、轮齿弯曲变形、传动轴的扭转变形以及可反映振动传递特性的齿轮系统多体动力学模型建立成功,并进行仿真分析,仿真结果得到了理论和实验验证,验证了建模方法的正确性。(2)典型齿轮故障模型植入方法研究。以此正确的模型为基础,研究了故障齿轮植入模型的方法:在CATIA中利用特征命令建立齿轮故障的三维实体模型,通过Sim Designer导入ADAMS,再用ADAMS导出文件类型为parasolid(xmt_txt格式)的三维实体模型,最后再通过故障齿轮所对应的正常齿轮的定位Marker点的Location坐标和Orientation的坐标进行定位导入ADAMS,则与之对应的正常的齿轮的位置完全一致。同时也分析了局部断齿和全部断齿两种故障对齿轮的时变啮合接触刚度系数的影响,计算出变化后的齿轮啮合接触刚度系数,并以此为依据添加与故障齿轮相应的约束和接触力,得到包含齿轮故障的齿轮系统多体动力学模型,最后通过实验验证,证明齿轮故障模型植入方法的正确性。(3)直升机主传动系统齿轮故障建模与故障演变规律研究。基于上述研究获得的可反映振动传递特性的齿轮系统建模方法和典型齿轮故障模型植入方法,开展直升机主传动系统齿轮故障建模研究,分别建立了主传动系统行星轮系正常状态和局部断齿、全部断齿两种齿轮故障的多体动力学模型,分别获取振动仿真信号,并通过分析振动仿真信号,获得了直升机主传动行星轮系轮典型齿轮故障的演变规律。仿真信号还可充当源信号应用于直升机主传动系统故障诊断。
【关键词】：齿轮系统 多体动力学 直升机主传动系统 故障建模
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V267
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题来源11
• 1.2 研究背景和意义11-12
• 1.3 国内外现12-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 可反映振动传递特性的齿轮系统建模方法研究19-61
• 2.1 多体系统动力学基本理论19-28
• 2.1.1 多体系统建模理论19
• 2.1.2 多刚体运动学建模19-25
• 2.1.3 多刚体动力学建模25-27
• 2.1.4 多柔体动力学建模27
• 2.1.5 多体系统动力学方程的求解27-28
• 2.2 ADAMS软件简介28-29
• 2.3 基于CATIA的齿轮系统参数化三维建模29-36
• 2.3.1 三维建模软件CATIA的简介29
• 2.3.2 齿轮系统的简介和基本参数29-31
• 2.3.3 齿轮参数化模型的建立与装配31-36
• 2.4 齿轮系统的多体动力学模型的建立与仿真36-56
• 2.4.1 齿轮系统三维实体模型的导入36-37
• 2.4.2 齿轮系统的柔性化37-38
• 2.4.3 齿轮系统的运动副定义38-39
• 2.4.4 齿轮啮合的仿真参数的设置39-53
• 2.4.5 齿轮系统的仿真试验过程与结果分析53-56
• 2.5 实验验证56-59
• 2.6 本章小结59-61
• 第三章 典型齿轮故障模型植入方法研究61-77
• 3.1 齿轮典型故障的简介61-65
• 3.2 含典型齿轮故障的齿轮系统多体动力学模型的建立与仿真65-74
• 3.2.1 基于CATIA的典型齿轮故障建模65-66
• 3.2.2 齿轮典型故障的植入66-69
• 3.2.3 含典型齿轮故障齿轮接触刚度系数的计算69-71
• 3.2.4 含典型齿轮故障的齿轮系统试验仿真与结果分析71-72
• 3.2.5 基于仿真振动信号的齿轮系统故障的演变规律72-74
• 3.3 实验验证74-76
• 3.4 本章小结76-77
• 第四章 直升机主传动系统典型齿轮故障多体动力学建模与仿真77-91
• 4.1 直升机主传动系统简介77-80
• 4.2 基于CATIA的行星轮系三维实体建模80-81
• 4.3 行星轮系多体动力学模型的建立与仿真81-89
• 4.3.1 行星轮系三维实体模型的导入81-82
• 4.3.2 齿轮副的柔性化82
• 4.3.3 行星轮系的运动副定义82-83
• 4.3.4 行星轮系的仿真参数的设置83
• 4.3.5 行星轮系啮合频率和传动比的计算83-84
• 4.3.6 行星轮系的试验仿真过程与结果分析84-87
• 4.3.7 含典型齿轮故障的行星轮系多体动力学建模与结果分析87-88
• 4.3.8 直升机主传动系统行星轮系典型故障演变规律研究88-89
• 4.4 本章小结89-91
• 第五章 总结与研究展望91-93
• 5.1 全文总结91-92
• 5.2 展望研究92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-99
• 附录 攻读学位期间参研项目和发表论文99

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汤和;应怀樵;汪元辉;张策;;用齿轮噪声特性诊断齿轮故障的研究[J];齿轮;1986年04期

2 高明;齿轮故障分析及诊断[J];电大理工;2000年01期

3 皮骏;廖明夫;;利用小波包络诊断齿轮故障[J];机械设计;2005年11期

4 孔文涛;许益华;;齿轮故障的原因及诊断[J];石油和化工设备;2009年03期

5 艾延廷,盛元生;时域分析技术在齿轮故障检测中的应用[J];振动、测试与诊断;1992年04期

6 潘嘉祺;《齿轮故障模拟器的开发和研制》项目通过科技成果鉴定[J];上海冶金高等专科学校学报;2000年02期

7 陈明华 ,陈海林 ,江建忠;齿轮故障的振动诊断及案例分析[J];中国设备工程;2005年07期

8 陈亮;;应用振动峰值能量对齿轮故障的诊断[J];中国设备工程;2008年04期

9 张桂才，赵万镒;幅值立方法──一种新的齿轮故障信号预处理方法[J];机械传动;1994年03期

10 刘建敏;刘远宏;江鹏程;冯辅周;;基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征[J];振动与冲击;2014年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 明廷锋;张永祥;仰德标;;齿轮故障诊断技术研究综述[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年

2 张玉奎;周火青;;提升小波分析在齿轮故障中的应用[A];2012中国（唐山）绿色钢铁高峰论坛暨冶金设备、节能减排技术推介会论文集/推介指南[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董传洋;基于MCSA的齿轮故障诊断技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 张姗姗;基于蜂群优化的支持向量机齿轮故障诊断技术研究[D];东北石油大学;2015年

3 尹华魁;基于多体动力学的直升机主传动系统典型齿轮故障建模方法研究[D];湖南科技大学;2015年

4 赵年伟;基于声发射技术的齿轮故障监测[D];沈阳工业大学;2013年

5 Simon Romli;基于包络分析的齿轮故障监测及基于人工神经网络的齿轮故障分类[D];重庆大学;2011年

6 李海龙;基于局部特征尺度分解的齿轮故障诊断方法研究[D];湖南大学;2012年

7 马学知;基于虚拟仪器的齿轮故障测试系统[D];湖南大学;2007年

8 陈佳;齿轮故障信号实时压缩算法研究[D];重庆大学;2014年

9 周辉;齿轮故障的特征提取与模式识别技术研究[D];郑州大学;2005年

10 曹宇翔;基于核聚类与信息融合的齿轮故障诊断技术研究[D];湖南科技大学;2014年

，

本文编号：1128294