齿轮传动系统典型故障振动特性研究
发布时间：2020-12-10 17:45
齿轮传动系统因具有传动精度高、适用范围广、传动效率高、结构紧凑等优点被广泛应用于多种机械装备。然而,由于齿轮传统系统的工作环境恶劣,齿轮副、支承滚动轴承等关键部件容易未达到设计寿命就出现故障,从而引发齿轮传动系统失效,严重影响机械装备的安全性与平稳性。虽然已有大量诊断方法应用于齿轮传动系统故障识别,但这些多用于处理齿轮传动系统振动信号,以此判断齿轮传动系统关键部件的运行状况。由于齿轮传动系统结构复杂,存在众多接触界面,齿轮副、支承滚动轴承等关键部件产生的振动信号频率混杂,无疑给齿轮传动系统故障的精确识别带来了一定难度,急需进行齿轮传动系统故障机理研究给予辅助,尤其是部件故障对齿轮传动系统振动特性的影响规律。因此,本文针对齿根裂纹和支承滚动轴承局部故障等典型故障对齿轮传动系统振动特性的影响规律进行研究,具体内容如下:(1)采用能量法计算赫兹接触刚度、弯曲刚度、剪切刚度、径向压缩刚度和基体柔性变形刚度,综合形成齿轮副时变啮合刚度,与集中质量法和拉格朗日方程相结合建立齿轮副8自由度动力学模型,齿根裂纹故障通过弯曲刚度和剪切刚度引入齿轮副动力学模型,形成含齿根裂纹齿轮副振动特性分析方法,深入分...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
啮合刚度变化示意图[33]
工程硕士学位论文13=22(2.4)=22(2.5)式中：为啮合作用力，、和分别表示弯曲势能、剪切变形能和径向压缩变形能；、和分别表示对应的弯曲刚度、剪切刚度和径向压缩刚度。能量法是把渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿简化为变截面的悬臂梁，其中单个轮齿啮合受力示意图如图2.2所示。图2.2齿轮啮合轮齿受力示意图根据悬臂梁的变形理论可知：=∫[()]220(2.6)=∫1.2220(2.7)=∫220(2.8)式中：表示啮合点与基圆之间的水平距离；表示啮合点与轮齿对称线之间的距离；和分别表示齿轮的弹性模量和剪切模量，二者之间的关系为：=2(1+)(2.9)和分别表示距离基圆处轮齿截面的惯性矩和截面积，其计算公式为：
工程硕士学位论文152.2.3基体柔性变形刚度的计算能量法计算齿轮副时变啮合刚度时，将齿轮基体假设为刚性，忽略轮齿根部的弹性轮缘变形，以致计算得到的齿轮时变啮合刚度存在较大误差。为弥补这一缺陷，Sainsot根据弹性圆环理论，对齿根处过渡圆角发生变形所储存的能量进行研究，将位移、应力以及外载荷用傅里叶级数来表示，假设齿轮为刚性而齿轮基体为与轮齿宽度相同的弹性圆环，外径为齿根圆，内径为齿轮轴孔，轮齿固定在齿根圆上。当外载荷沿啮合线作用于轮齿表面时，圆环弹性变形引起轮齿产生位移，通过对计算的变形量精确拟合，得到啮合状态下齿轮基体柔性变形对应的刚度计算公式[92]：1=0{()2+()+(1+20)}(2.24)图2.3齿轮基体变形的几何参数[33]式中：表示齿轮基体柔性变形对应的刚度；表示齿根圆处的齿厚；表示齿轮啮合线与轮齿对称轴线的交点到基圆的最短距离；参数、、和可根据以下多项式进行计算：=2+2++++(2.25)式中：系数、、、、和的取值见表2.1；表示齿根圆半径与齿轮轴孔半径的比值；表示齿根圆上一个轮齿跨度角的一半。它们的计算公式如下：=(2.26)=1[2+20()+20](2.27)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态分析的裂纹齿轮特征识别[J]. 岑宇晖,徐进友,王亮,丑述铭,白溢文. 机械工程师. 2020(01)
[2]含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析[J]. 刘文光,戴文柯,丰霞瑶. 润滑与密封. 2019(12)
[3]滚动轴承-锥齿轮传动系统非线性动力学[J]. 王静,崔巍,王瑾,宋姣姣. 时代汽车. 2019(18)
[4]裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析[J]. 林腾蛟,郭松龄,赵子瑞,魏静. 振动与冲击. 2019(16)
[5]新型阻尼环对转子-齿轮传动系统弯扭耦合振动的减振研究[J]. 王逸龙,曹登庆,杨洋,张立伟. 振动与冲击. 2018(22)
[6]齿轮传动系统耦合故障下的故障特性研究[J]. 王鑫,徐玉秀,武宝林. 振动与冲击. 2017(12)
[7]齿轮箱非线性耦合系统的动力学分析[J]. 王志东,霍睿,张道坤. 计算力学学报. 2016(06)
[8]基于振动响应机理的轴承故障定量诊断及量化分析[J]. 崔玲丽,张宇,巩向阳,张建宇. 北京工业大学学报. 2015(11)
[9]一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法[J]. 许立新,杨玉虎. 机械工程学报. 2015(19)
[10]基于接触有限元的齿轮-转子系统动态特性分析[J]. 张涛,王建军,吴勇军. 机械工程学报. 2015(19)
博士论文
[1]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
硕士论文
[1]深沟球轴承单、多点故障动力学复合模型与振动特性分析[D]. 王凯.兰州理工大学 2019
[2]轴裂纹与齿轮故障耦合的动力学建模及仿真分析[D]. 平思涛.重庆大学 2018
[3]滚动轴承系统局部缺陷位移激励动力学建模及振动响应分析[D]. 康建雄.兰州理工大学 2017
[4]故障齿轮时变啮合刚度计算方法及其动力学建模仿真[D]. 王久健.石家庄铁道大学 2015
[5]齿轮时变啮合刚度改进算法及刚度激励研究[D]. 李亚鹏.大连理工大学 2009
本文编号：2909111
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
啮合刚度变化示意图[33]
工程硕士学位论文13=22(2.4)=22(2.5)式中：为啮合作用力，、和分别表示弯曲势能、剪切变形能和径向压缩变形能；、和分别表示对应的弯曲刚度、剪切刚度和径向压缩刚度。能量法是把渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿简化为变截面的悬臂梁，其中单个轮齿啮合受力示意图如图2.2所示。图2.2齿轮啮合轮齿受力示意图根据悬臂梁的变形理论可知：=∫[()]220(2.6)=∫1.2220(2.7)=∫220(2.8)式中：表示啮合点与基圆之间的水平距离；表示啮合点与轮齿对称线之间的距离；和分别表示齿轮的弹性模量和剪切模量，二者之间的关系为：=2(1+)(2.9)和分别表示距离基圆处轮齿截面的惯性矩和截面积，其计算公式为：
工程硕士学位论文152.2.3基体柔性变形刚度的计算能量法计算齿轮副时变啮合刚度时，将齿轮基体假设为刚性，忽略轮齿根部的弹性轮缘变形，以致计算得到的齿轮时变啮合刚度存在较大误差。为弥补这一缺陷，Sainsot根据弹性圆环理论，对齿根处过渡圆角发生变形所储存的能量进行研究，将位移、应力以及外载荷用傅里叶级数来表示，假设齿轮为刚性而齿轮基体为与轮齿宽度相同的弹性圆环，外径为齿根圆，内径为齿轮轴孔，轮齿固定在齿根圆上。当外载荷沿啮合线作用于轮齿表面时，圆环弹性变形引起轮齿产生位移，通过对计算的变形量精确拟合，得到啮合状态下齿轮基体柔性变形对应的刚度计算公式[92]：1=0{()2+()+(1+20)}(2.24)图2.3齿轮基体变形的几何参数[33]式中：表示齿轮基体柔性变形对应的刚度；表示齿根圆处的齿厚；表示齿轮啮合线与轮齿对称轴线的交点到基圆的最短距离；参数、、和可根据以下多项式进行计算：=2+2++++(2.25)式中：系数、、、、和的取值见表2.1；表示齿根圆半径与齿轮轴孔半径的比值；表示齿根圆上一个轮齿跨度角的一半。它们的计算公式如下：=(2.26)=1[2+20()+20](2.27)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态分析的裂纹齿轮特征识别[J]. 岑宇晖,徐进友,王亮,丑述铭,白溢文. 机械工程师. 2020(01)
[2]含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析[J]. 刘文光,戴文柯,丰霞瑶. 润滑与密封. 2019(12)
[3]滚动轴承-锥齿轮传动系统非线性动力学[J]. 王静,崔巍,王瑾,宋姣姣. 时代汽车. 2019(18)
[4]裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析[J]. 林腾蛟,郭松龄,赵子瑞,魏静. 振动与冲击. 2019(16)
[5]新型阻尼环对转子-齿轮传动系统弯扭耦合振动的减振研究[J]. 王逸龙,曹登庆,杨洋,张立伟. 振动与冲击. 2018(22)
[6]齿轮传动系统耦合故障下的故障特性研究[J]. 王鑫,徐玉秀,武宝林. 振动与冲击. 2017(12)
[7]齿轮箱非线性耦合系统的动力学分析[J]. 王志东,霍睿,张道坤. 计算力学学报. 2016(06)
[8]基于振动响应机理的轴承故障定量诊断及量化分析[J]. 崔玲丽,张宇,巩向阳,张建宇. 北京工业大学学报. 2015(11)
[9]一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法[J]. 许立新,杨玉虎. 机械工程学报. 2015(19)
[10]基于接触有限元的齿轮-转子系统动态特性分析[J]. 张涛,王建军,吴勇军. 机械工程学报. 2015(19)
博士论文
[1]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
硕士论文
[1]深沟球轴承单、多点故障动力学复合模型与振动特性分析[D]. 王凯.兰州理工大学 2019
[2]轴裂纹与齿轮故障耦合的动力学建模及仿真分析[D]. 平思涛.重庆大学 2018
[3]滚动轴承系统局部缺陷位移激励动力学建模及振动响应分析[D]. 康建雄.兰州理工大学 2017
[4]故障齿轮时变啮合刚度计算方法及其动力学建模仿真[D]. 王久健.石家庄铁道大学 2015
[5]齿轮时变啮合刚度改进算法及刚度激励研究[D]. 李亚鹏.大连理工大学 2009
本文编号：2909111
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