齿轮滚动轴承柔性转子系统多故障耦合机理及辨识研究

发布时间：2017-07-05 05:15

  本文关键词：齿轮滚动轴承柔性转子系统多故障耦合机理及辨识研究

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【摘要】：齿轮轴承转子系统是我国化工、航空、机械工业领域中至关重要的一环,在各种机械设备中都有广泛的应用,是工业生产中重要的传动系统。由于化工、机械、航空领域对现代机械传动设备的要求越来越高,工况开始向高速、高温、重载方向发展,这就造成了齿轮轴承转子系统运行时容易发生振动或失效。 针对高速旋转机械安全运行的需求,以齿轮滚动轴承柔性转子系统为研究对象,考虑系统的多时变参数：时变啮合刚度和时变轴承刚度,采用有限元法建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性振动模型,使用数值法求解模型的动力学方程,研究了齿轮轴承转子系统的非线性振动行为及稳定性,揭示了齿轮啮合刚度、转轴刚度、转速变化、轴承结构参数对转子系统动力学特性的影响规律；考虑齿轮转子系统中常出现的齿面磨损、转子裂纹、转轴不平衡、基础松动等故障,分别建立了这四种故障的动力学模型,研究了其对转子系统的影响规律,探索了多故障的耦合机制；根据这些规律,并采用基于模型法和基于信号法对存在多故障耦合的齿轮轴承转子系统进行辨识研究,为了进一步验证齿轮轴承转子系统故障模型的正确性以及故障辨识方法的可靠性,分别在齿轮轴承转子系统实验台上进行了试验。 本课题对准确预测齿轮滚动轴承柔性转子系统的动态性能,提高齿轮转子系统的可靠性具有重要的指导意义和应用价值。
【关键词】：齿轮轴承转子系统 时变参数 非线性振动 齿侧间隙 故障辨识
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 研究的目的和意义10-11
• 1.3 齿轮轴承转子系统动力学的研究现状11-14
• 1.3.1 齿轮啮合变形11-12
• 1.3.2 齿轮轴承转子系统动力学模型12-13
• 1.3.3 齿轮轴承转子系统动力学特性研究13-14
• 1.4 齿轮轴承转子系统故障诊断的研究现状14-15
• 1.4.1 齿轮轴承转子系统故障模型14-15
• 1.4.2 齿轮轴承转子系统故障辨识研究15
• 1.5 本文研究内容15-18
• 1.5.1 研究内容15-16
• 1.5.2 研究路线16-18
• 第2章 齿轮轴承转子系统非线性动力学分析18-39
• 2.1 引言18
• 2.2 直齿轮系统啮合模型18-23
• 2.2.1 时变啮合刚度激励19-20
• 2.2.2 齿侧间隙函数20-22
• 2.2.3 直齿轮受力分析22-23
• 2.3 齿轮-轴承-转子系统数学模型23-30
• 2.3.1 轴承-转子系统数学模型24-28
• 2.3.2 齿轮轴承转子系统动力学模型28-30
• 2.4 求解方法30-31
• 2.4.1 动力学方程组的求解方法30
• 2.4.2 求解周期的确定30
• 2.4.3 Lyapunov指数计算30-31
• 2.5 直齿轮-轴承-转子系统非线性动振动特性分析31-38
• 2.5.1 齿侧间隙的影响31-35
• 2.5.2 转轴刚度的影响35-37
• 2.5.3 轴承径向间隙的影响37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 含多故障的齿轮轴承转子系统动力学分析39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 齿轮轴承转子系统故障类型39-40
• 3.3 齿轮轴承转子系统多故障模型40-44
• 3.3.1 转轴裂纹模型40-41
• 3.3.2 齿轮磨损模型41-42
• 3.3.3 支撑松动模型42-43
• 3.3.4 不平衡故障模型43-44
• 3.4 有限单元法建立故障齿轮系统动力学模型44-45
• 3.5 齿轮轴承转子系统故障分析45-54
• 3.5.1 转轴裂纹故障分析45-49
• 3.5.2 齿面磨损故障分析49-51
• 3.5.3 不平衡故障分析51-53
• 3.5.4 松动故障分析53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 齿轮轴承转子系统多故障耦合辨识55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 转子裂纹故障诊断55-57
• 4.2.1 基于模型诊断方法55-56
• 4.2.2 计算残余振动量56
• 4.2.3 模态扩展56-57
• 4.3 齿轮磨损故障诊断57-61
• 4.3.1 经验模态方法(EMD)58-60
• 4.3.2 Hilbert-Huang变换60-61
• 4.3.3 边际谱61
• 4.4 基础松动故障诊断61-63
• 4.4.1 轴心轨迹图像62
• 4.4.2 不变矩计算62-63
• 4.5 不平衡故障诊断63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 齿轮轴承转子系统实验研究65-76
• 5.1 引言65
• 5.2 齿轮轴承转子系统试验台65-66
• 5.2.1 试验装置结构65-66
• 5.2.2 测试传感系统66
• 5.3 磨损故障齿轮轴承转子系统动力学特性实验66-68
• 5.3.1 试验方案66-67
• 5.3.2 试验结果67-68
• 5.4 裂纹磨损耦合故障辨识试验68-75
• 5.4.1 试验方案68-69
• 5.4.2 试验结果69-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 硕士期间研究成果85

【参考文献】

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1 瞿志豪,张杏耀;有限长圆柱体接触应力的光弹性解法[J];实验力学;2003年02期

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本文编号：520634