耦合箱体振动的行星齿轮传动系统动态响应分析

为获得准确的行星齿轮传动系统动态响应进行精确产品设计,文中建立了耦合箱体振动的2K-H行星传动系统动力学模型.将整个行星传动系统分为传动部分与箱体结构两部分,对传动部分采用集中质量模型而对箱体结构采用有限元法建模,然后根据子结构方法将箱体模型转换到轴承支撑的连接节点,并与传动部分通过界面协调条件进行耦合.文中还引入了时变的啮合刚度、综合啮合误差激励,从而获得了一个时变的、多自由度耦合行星齿轮传动系统动力学模型.耦合箱体前、后的系统动力学分析结果表明:箱体结构的耦合作用使行星传动系统的啮合力与支承力均有较大程度的降低;在系统参数不变的情况下,输入转速变化使啮合力和支承力呈不同趋势变化;有必要进行精确的动力学建模与分析,以实现优化的传动系统轻量化和可靠性设计.     

裂纹损伤行星轮系的编码器信号响应特性

为了探究齿轮裂纹损伤对行星轮系编码器信号的影响机理,以利用编码器信号对行星齿轮箱进行健康监测,通过动力学分析研究了在齿轮裂纹损伤影响下行星轮系编码器信号的响应特性,并建立了响应的模型。首先采用能量法推导了齿轮存在裂纹时的时变啮合刚度算法,并构建了扭转动力学模型,用于获取编码器信号;在此基础上,通过将行星轮裂纹时的啮合刚度代入构建的模型中,求解得到行星轮裂纹影响下的编码器响应信号,分析编码器信号中蕴含的扭转振动特征;最后根据模型进一步研究了不同裂纹损伤下的行星轮系编码器响应信号。在实验台上进行了验证,结果表明:当行星轮出现裂纹故障时,编码器响应信号中蕴含的扭转振动出现明显冲击特征;随着裂纹损伤程度增加,编码器响应信号中扭转振动的冲击特征逐渐增强,其均方根值与峭度值明显增加,可有效评估故障损伤程度。该研究结果可为编码器信号用于行星齿轮箱健康监测提供理论依据。     

风电齿轮箱传动系统的动力学建模

由于风速的随机性特点,使得风电齿轮箱长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱内部结构的损坏.为了更好地对齿轮箱进行动力学分析,将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量法,在直齿轮、斜齿轮和行星齿轮动力学模型的基础上,建立了整个齿轮箱传动系统的动力学模型;并在考虑齿轮啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、偏心量、弯扭耦合、自身重力以及支撑轴承等因素的共同作用下,利用拉格朗日方程推导了整个传动系统的动力学方程.为今后分析兆瓦级风电齿轮箱传动系统的固有特性、动态响应等动力学特性奠定了一定的基础.     

钢／塑齿轮组合行星传动系统的振动特性

为了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对4种钢/塑齿轮组合行星传动系统的振动特性进行了理论分析与实验研究,分析了组合方式对行星传动振动特性的影响.数值仿真与实验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著减小了太阳轮-行星轮和内齿圈-行星轮的啮合动载荷,有效抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而显著地降低传动系统的振动和噪声.     

钢/塑齿轮组合行星传动系统的振动与噪声特性(英文)

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动和噪声特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对4钢/塑齿轮组合行星传动系统的振动与噪声特性进行了理论分析与试验研究,分析了组合方式对行星传动振动特性的影响.数值仿真与实验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮与行星轮和内齿圈与行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制了传动系统的振动和噪声.研究成果对降低工程机械中传动系统的振动和噪声具有一定的应用价值.     

太阳轮偏心误差对人字齿行星传动动态特性影响

以人字齿行星齿轮为研究对象,考虑人字齿轮实际结构,基于集中参数理论,建立计入各个构件轴向振动的人字齿轮行星传动广义动力学模型,建模中考虑制造偏心误差和齿廓误差、轴承支撑刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素.该模型可用于具有不同类型制造误差和任意数目行星轮的人字齿行星传动振动性能分析.采用数值算法求解系统受迫振动响应,分别分析了时域和频域动态响应.以太阳轮制造偏心误差Es为例,着重研究Es对人字齿行星传动动态特性影响规律.结果表明:制造误差Es增强了人字齿行星传动系统中的动态响应以及动态啮合力的波动.     

风电齿轮箱传动误差分析及振动噪声预估

针对一级行星两级平行轴风电齿轮传动系统,综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差等因素,建立31个自由度的弯扭轴耦合集中参数动力学模型,采用变步长Runge-Kutta法对系统动力学微分方程进行求解,得出齿轮传动系统各级传动误差;借助软件建立风电齿轮箱刚柔耦合动力学模型,并导入传动误差,采用模态叠加法求得齿轮箱轴承支反力,并将其作为声振耦合模型的边界条件,采用声学有限元法对风电齿轮箱进行振动噪声预估,并与试验结果对比分析,两者吻合良好。     

钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性研究

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,文中建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对4种钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性进行了理论分析与实验研究,分析了组合方式对行星传动振动特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明：塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮-行星轮和内齿圈-行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而显著地降低传动系统的振动和噪声。     

齿轮裂纹对动载荷谱的影响

基于摩擦学和齿轮系统动力学,同时考虑到轮齿摩擦、时变啮合刚度、偏心质量和综合误差的影响,创建了齿轮传动系统六自由度耦合动力学模型.利用自适应及变步长数值仿真方法对其进行了非线性振动研究,比较了完好齿轮与带裂纹故障齿轮的振动特性,分析了齿根裂纹对齿轮传动系统载荷谱的时域特性、频域特性和时频特性的影响.     

船用齿轮箱多体动力学仿真及声振耦合分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承支撑刚度等内部激励以及螺旋桨外部激励,建立了含传动系统及结构系统的船用齿轮装置多刚体系统动力学模型,计算了齿轮副动态啮合力及轴承支反力;对齿轮箱及支座进行柔性化处理,形成多柔体系统动力学模型,采用模态叠加法计算了箱体表面的动态响应.而后以多体动力学分析所得的轴承支反力频域历程为边界条件,建立了箱体声振强耦合分析模型,预估了齿轮箱表面声压及外声场辐射噪声.结果表明,齿轮副动态啮合力、轴承支反力以及箱体动态响应频域曲线的峰值均出现在齿轮副的啮合频率及其倍频处;仿真所得的箱体振动加速度及外声场辐射噪声与齿轮箱振动噪声试验台架实测结果吻合良好.     

变转速风电行星齿轮传动系统动力学特性

针对风力发电机变转速工况,采用集中质量参数法建立了变速风电行星齿轮传动系统的动力学模型,通过傅里叶级数将时变啮合刚度转化为啮合频率的函数形式,根据仿真的线性升速曲线,分析了变转速对齿轮副时变啮合刚度的影响,并利用龙格库塔法求得了传动系统中各齿轮的动态响应.在此基础上,对风电齿轮箱试验台升速过程测试信号进行分析,验证了所建变转速风电行星齿轮传动系统动力学模型的有效性.     

基于Romax Designer的NGW型行星齿轮箱传动性能分析

针对有效评估NGW型行星齿轮箱传动性能的问题,在完成齿轮基本参数设计的基础上,采用Romax Designer分析行星传动系统的传动性能。首先,以齿根弯曲强度为设计准则,确定NGW型行星传动系统中齿轮基本参数;然后,通过无干涉啮合条件并以齿面接触疲劳强度的校核准则,验证了所设计的NGW型行星传动系统能够满足运动条件和齿面接触要求;最后,基于Romax Designer建立NGW型行星传动系统的几何模型,并分别以最大齿面接触应力和各齿轮传动误差与单位齿宽载荷为指标对这一模型展开静态分析和动态分析。研究结果表明:内/外啮合副的传动误差波动幅值均小于1.4μm,且各齿轮单位齿宽载荷波动值均小于90 N/mm,行星传动系统传动性能良好。     

引入塑料行星轮对行星齿轮传动动态特性的影响

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料行星轮后的动态特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对含塑料行星轮行星齿轮传动系统的动态特性进行了理论分析与实验研究,分析了塑料行星轮的引入对行星齿轮传动动态特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明:塑料行星轮的引入对轮齿动态特性影响很大,显著地减小了太阳轮—行星轮和内齿圈—行星轮的啮合动载荷;显著地降低了行星齿轮传动系统的转子不平衡工频及其谐波振动、齿轮啮合振动及其谐波振动和高频带振动;在很大程度上降低了行星齿轮传动系统的振动强度。     

行星轮断齿故障传递特性分析

目的针对多级齿轮传动系统中行星轮故障信号微弱、难以识别的问题,利用传递特性分析挖掘故障信号的传递关系,提出行星轮故障信号的识别方法。方法以多级齿轮传动系统故障仿真试验台为研究对象,建立其三维刚柔耦合模型并进行ADAMS动态仿真,得到正常及行星轮断齿状态下各级齿轮副的接触力信号,利用试验台测试正常及故障状态下箱体的加速度信号。以接触力信号为输入,试验测试信号为输出,利用系统辨识方法计算得到系统正常及故障状态下的传递函数幅频响应曲线。结果与结论分析各传递路径的成分、幅值及贡献量发现,信号的耦合特性使得定轴齿轮箱中高速级啮合频率周围出现行星轮故障频率,提出利用故障的连带关系识别行星轮故障信号的方法。     

行星齿轮传动柔性齿圈齿根动应力计算及光纤光栅检测方法

为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程。采用有限元方法建立齿圈结构动力学分析模型,将内齿圈各轮齿啮合区划分出n条接触线,并用轮齿承载接触分析(LTCA)方法确定齿间载荷分配关系。运用模态叠加法对内齿圈动力学方程解耦,采用Newmark-β法逐次积分,计算了不同载荷下内齿圈齿根动应力。与Kahraman等仿真算法以及实验结果对比,结果表明:齿根应变在一个啮合周期中,经历了单齿受压、双齿拉压以及单齿受拉3个波动过程,与光纤光栅检测结果一致,并且在不同负载下,测量误差均小于10%;行星轮与内齿圈啮合至支撑位附近时,在支撑位置两侧形成反向对称变形趋势,应力呈现出对称分布,行星轮啮合位置远离内齿圈支撑位时,啮合位置应力明显增大,齿槽结构对齿圈齿根应力影响显著。     

计入传动轴柔性的齿轮故障系统建模及VMD-Lempel-Ziv损伤评估

为有效评估齿轮传动系统损伤程度及检测其生命周期异样,综合考虑传动轴柔性及轴承支撑刚度对传动系统响应的影响,建立了计入传动轴柔性的二级齿轮传动系统损伤动力学模型。建模时,结合有限元法引入了不同损伤程度下的齿轮时变啮合刚度,采用Newmark积分法求解了不同状态下的轴承振动响应,并采用Lempel-Ziv复杂度以评价齿轮运行状态。在试验方面,针对采集信号信噪比不理想等问题,提出了一种变分模态分解(VMD)与Lempel-Ziv复杂度结合的齿轮损伤程度评价算法。仿真及试验结果表明:齿轮故障致使振动信号时频域产生转频调制,且随着损伤程度的增加,调制现象越明显,周期性冲击愈显著;Lempel-Ziv复杂度在齿轮整个生命周期呈现先增后减的趋势,在早期故障时,Lempel-Ziv复杂度最为敏感;采用VMD-Lempel-Ziv算法可在噪声环境中对系统进行有效的劣化分析。研究结果验证了采用Lempel-Ziv复杂度指标衡量齿轮损伤程度的可行性与有效性,可为齿轮箱状态检测提供理论依据。     

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。     

船载测控雷达传动减速箱的动力学建模与仿真研究

本文针对船载测控雷达传动减速箱的结构特点,在建立传动减速箱动力学模型的基础上,分析研究了传动减速箱的典型故障模式,建立了行星齿轮典型故障模型并进行了数值仿真,提出了面向故障检测与预测的故障特征,并在分析行星减速箱齿根裂纹故障机理的基础上,针对不同尺度和转速下的疲劳裂纹进行了静态和动态分析,为船载测控雷达天线结构的状态监测、故障诊断与预测提供理论依据。     

新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

变载荷下风力发电机行星齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学特性

根据风力发电机传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,建立了最小二乘支持向量机风场随机风速模型,获得了由随机风速引起的时变风载荷。采用集中质量参数法建立了风力发电机行星齿轮传动系统中齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了风力发电机行星齿轮传动的变风载输入、齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度等影响因素,对变风速下1.5 MW半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行了仿真计算分析,求得了变风速下行星齿轮传动系统的振动位移、各齿轮副的动态啮合力和非线性动态轴承力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。