基于刚柔耦合动力学模型的齿轮箱系统振动信号研究及实验分析

发布时间：2017-07-31 13:09

  本文关键词：基于刚柔耦合动力学模型的齿轮箱系统振动信号研究及实验分析

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【摘要】：汽车变速器主要有定轴轮系齿轮箱和行星轮系齿轮箱两种,齿轮箱振动噪声情况直接影响着汽车的舒适性。行星轮系齿轮箱和定轴轮系齿轮箱相比,结构复杂,振动信号频谱也非常复杂。正常的行星齿轮系产生的振动信号表现出与故障定轴齿轮系相同的特性。进行正常以及各类典型故障情况下齿轮箱振动信号特征频率的仿真分析,对齿轮箱的故障诊断工作具有重要的意义。论文主要研究结果如下:(1)进行齿轮箱多体动力学建模,采用CATIA三维建模软件建立定轴齿轮箱和含3个行星轮的行星齿轮箱三维模型,运用LMS Virtual.lab软件考虑齿轮箱实际连接关系,齿轮刚度、阻尼特性等建立齿轮箱多体动力学模型,通过对齿轮箱箱体进行柔性化处理,得到齿轮箱刚柔耦合多体动力学模型。(2)运用建立的定轴轮系齿轮箱刚柔耦合动力学模型,针对不同故障类型进行振动响应模拟计算,分析了其特征频率成分。正常情况振动响应只含有啮合频率及其倍频;平稳型故障下,振动响应包括转频成分、以啮合频率及其倍频为载波频率、以转频及其倍频为调制频率的调制边频带;冲击型故障下,振动响应包括以固有频率和啮合频率及其倍频为载波频率、以转频及其倍频为调制频率的调制边频带;复合型故障情况下,齿轮系统的振动响应同时包括正常、平稳型和冲击型故障的振动特征。通过试验测试和分析结果验证了仿真分析的正确性。(3)对正常及存在典型故障的行星齿轮箱振动信号进行系统性地仿真分析。正常情况下的振动信号只在行星轮个数3的整数倍处频率的幅值不为零,其他频率处的幅值均为零;并且在啮合频率两侧存在对称或非对称的3倍行星架转频的调制边频带;齿圈断齿,振动响应还包括以固有频率和啮合频率及其倍频为载波频率、以3倍行星架转频及其倍频为调制频率的调制边频带;太阳轮断齿,也会激起齿圈的固有频率,出现3倍太阳轮与行星架相对转频的频调制边频带;同时转速的轻微波动,在啮合频率附近也会产生行星架转频及其倍频的微弱调制成分。结合系统性的实验分析验证仿真计算的结果。
【关键词】：齿轮箱 刚柔耦合模型 调制 特征频率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 研究背景与意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-15
• 1.3.1 齿轮箱振动建模与仿真研究现状11-14
• 1.3.2 齿轮箱振动机理研究现状14-15
• 1.4 问题的提出15-16
• 1.5 主要研究内容16-17
• 第二章 齿轮传动系统刚柔耦合多体动力学建模17-29
• 2.1 多刚体动力学建模理论17-18
• 2.2 定轴轮系齿轮箱多体动力学及刚柔耦合建模18-22
• 2.2.1 齿轮箱多刚体动力学建模18-19
• 2.2.2 箱体柔性化19-20
• 2.2.3 轴承刚度和阻尼20
• 2.2.4 齿轮箱振动信号响应模型20-22
• 2.3 行星轮系齿轮箱多体动力学及刚柔耦合建模22-27
• 2.3.1 行星齿轮箱多刚体动力学建模22-23
• 2.3.2 内齿圈柔性化23-25
• 2.3.3 齿轮箱振动信号响应模型25-27
• 2.4 齿轮箱运动学仿真27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 定轴轮系齿轮箱振动信号仿真及实验研究29-42
• 3.1 定轴轮系齿轮箱振动信号仿真29-36
• 3.1.1 正常状态下齿轮振动信号仿真29-31
• 3.1.2 平稳型故障齿轮振动信号仿真31-33
• 3.1.3 冲击型故障齿轮振动信号仿真33-35
• 3.1.4 复合型故障齿轮振动信号仿真35-36
• 3.2 试验验证分析36-38
• 3.2.1 正常齿轮箱振动响应实验36-37
• 3.2.2 输出齿轮偏心故障下的振动响应实验37-38
• 3.3 汽车变速器实验研究38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 行星轮系齿轮箱振动信号仿真及实验研究42-64
• 4.1 行星齿轮系的啮合刚度42
• 4.2 行星齿轮箱振动信号仿真42-57
• 4.2.1 正常情况下振动信号仿真43-49
• 4.2.2 齿圈啮合点间隔角度不相等情况振动信号仿真49-50
• 4.2.3 齿圈出现断齿故障振动信号仿真50-55
• 4.2.4 太阳轮断齿故障振动信号仿真55-57
• 4.3 实验分析57-62
• 4.3.1 正常的行星齿轮箱实验57-59
• 4.3.2 太阳轮断齿故障行星齿轮箱实验59-62
• 4.4 本章小结62-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果71-72
• 致谢72-73
• 附件73

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