斜齿圆柱齿轮传动装置故障诊断研究

发布时间：2017-05-18 11:20

  本文关键词：斜齿圆柱齿轮传动装置故障诊断研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以减速机斜齿轮传动装置为研究对象，以齿轮时变啮合刚度为基础，，对其在有、无齿根裂纹状态下进行动力学仿真模拟与故障诊断研究。主要研究工作如下: （1）利用UG软件对减速机中的二级斜齿轮传动装置进行三维参数化建模和装配，通过软件数据接口导入到ADAMS环境中，建立齿轮传动装置的虚拟样机模型，并对其进行多体动力学仿真，研究齿轮的动态啮合特性，验证了本文建立的斜齿轮传动模型正确，并为后续研究提供参考依据。 （2）利用ABAQUS软件建立了有、无裂纹斜齿轮副的有限元模型，进行有限元分析，通过后处理提取分析结果得到齿轮的时变啮合刚度曲线，研究了齿根裂纹对齿轮齿面接触力、轮齿变形和啮合刚度的影响。 （3）建立了一对斜齿轮副在有、无齿根裂纹情况下的两自由度动力学模型和运动微分方程，利用Matlab数值运算对动力学方程进行求解计算，分别获得了齿轮系统在有、无裂纹状态下的动力学特性曲线，分析了裂纹故障对齿轮动力学特性的影响。 （4）利用小波分析和频谱分析方法对含齿根裂纹齿轮的动力学仿真信号进行故障诊断研究，分别获得了裂纹故障的时域冲击脉冲周期特性和频域特征，证明了利用小波分析方法诊断齿轮裂纹故障的可行性。 （5）通过台架试验验证了对齿根裂纹故障模拟和诊断的正确性。通过线切割方法在斜齿轮齿根上产生与数值计算模型中同一齿轮相同尺寸和位置的模拟齿根裂纹，用加速度传感器采集减速机斜齿轮传动装置在有、无裂纹状态下的箱体振动信号，通过利用小波分析和频谱分析方法分别对振动信号进行时、频域分析，对齿根裂纹进行故障诊断的试验研究。结果表明，试验结果与理论分析及数值模拟结果基本一致，验证了本文裂纹故障数值模拟方法的正确性，同时也验证了利用小波分析方法检测裂纹故障的可行性和有效性，为齿轮裂纹故障诊断方法提供了研究依据。
【关键词】：斜齿轮 裂纹 啮合刚度 动力学仿真 故障诊断
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 齿轮失效形式及其诊断方法概述11-13
• 1.2.1 齿轮常见失效形式11-12
• 1.2.2 齿轮故障诊断方法12-13
• 1.3 齿轮故障诊断研究发展概述13-14
• 1.3.1 故障齿轮动力学特性研究概述13-14
• 1.3.2 齿轮振动信号分析与故障特征提取技术研究概述14
• 1.4 齿轮故障诊断技术的研究现状与发展趋势14-16
• 1.4.1 齿轮故障诊断研究现状14-15
• 1.4.2 齿轮故障诊断技术的发展趋势15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 斜齿轮传动装置 ADAMS 多体动力学仿真18-30
• 2.1 斜齿轮传动装置三维建模18-19
• 2.2 斜齿轮传动装置 ADAMS 多体动力学模型的建立19-22
• 2.2.1 斜齿轮副仿真参数计算19-20
• 2.2.2 斜齿轮副接触模型参数的确定20-22
• 2.2.3 仿真算法的选择22
• 2.3 传动装置的 ADAMS 多体动力学仿真及结果分析22-28
• 2.3.1 齿轮轴转速仿真分析22-25
• 2.3.2 齿轮啮合力仿真分析25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 基于有限元法的斜齿轮啮合刚度研究30-50
• 3.1 齿轮有限元模型的建立30-34
• 3.1.1 齿轮的有限元网格模型31-32
• 3.1.2 ABAQUS 有限元分析前处理32-34
• 3.2 齿根裂纹齿轮有限元模型的建立34-36
• 3.3 有限元结果分析36-43
• 3.3.1 接触应力36-38
• 3.3.2 接触力38-40
• 3.3.3 轮齿综合弹性变形40-43
• 3.4 齿轮啮合刚度的计算43-47
• 3.4.1 啮合刚度的定义43-45
• 3.4.2 单齿啮合刚度45
• 3.4.3 单齿综合啮合刚度45-46
• 3.4.4 多齿啮合刚度46-47
• 3.5 齿根裂纹对齿轮啮合刚度的影响47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 斜齿轮传动系统动力学数值模拟50-64
• 4.1 斜齿轮副两自由度动力学仿真模型50
• 4.2 不考虑齿轮侧隙和传递误差的非线性动力学仿真模拟50-54
• 4.2.1 斜齿轮副两自由度动力学方程的建立50-51
• 4.2.2 仿真输入参数的确定51-53
• 4.2.3 仿真时间及步长的确定53-54
• 4.2.4 仿真算法的选择54
• 4.3 动力学仿真及结果分析54-63
• 4.3.1 无裂纹齿轮系统动力学仿真结果55-58
• 4.3.2 有裂纹齿轮系统动力学仿真结果58-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 斜齿轮故障诊断数值模拟研究64-74
• 5.1 引言64-65
• 5.2 基于小波分析的故障检测原理65-66
• 5.2.1 小波变换的基本原理65
• 5.2.2 信号奇异点的检测65-66
• 5.3 基于小波分析的裂纹故障检测66-69
• 5.3.1 小波函数的选取66-67
• 5.3.2 齿轮裂纹故障检测67-69
• 5.4 齿轮仿真信号的频谱分析69-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 斜齿轮裂纹故障诊断试验研究74-84
• 6.1 试验装置设计74-76
• 6.1.1 齿轮传动系统试验台的设计74-75
• 6.1.2 加速度传感器的安装75
• 6.1.3 齿根裂纹的物理模拟75-76
• 6.2 信号采集与分析76-82
• 6.2.1 齿轮振动信号的采集77-78
• 6.2.2 试验结果分析78-82
• 6.2.3 试验结果与仿真结果对比分析82
• 6.3 本章小结82-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 总结84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-90
• 作者简介及科研成果90-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘玉j;;齿轮常见故障类型及诊断方法[J];甘肃科技;2012年05期

2 邵忍平,郭万林,李春;裂纹齿轮动力特性三维有限元模拟[J];航空动力学报;2004年02期

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10 于德介,程军圣,杨宇;Hilbert-Huang变换在齿轮故障诊断中的应用[J];机械工程学报;2005年06期

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1 孔德文;大型齿轮传动装置动力学及故障诊断技术研究[D];吉林大学;2008年

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本文编号：375946