基于輪齒表面剝落缺陷的齒輪動力學(xué)特性研究.pdf

1、齒輪傳動是重要且應(yīng)用廣泛的機械傳動方式。齒面剝落失效是齒輪傳動常見故障，失效的產(chǎn)生將嚴(yán)重影響機械傳動系統(tǒng)的可靠運行、安全性，影響設(shè)備性能或甚至造成嚴(yán)重安全后果。預(yù)防齒輪失效產(chǎn)生造成的安全事故成為重點，因此有必要開展齒輪故障的振動機理與響應(yīng)特征研究工作。然而，齒輪系統(tǒng)運動參量、零部件相互、不同影響因素的強耦合、非線性特征，加之工作環(huán)境的惡劣性導(dǎo)致齒輪傳動系統(tǒng)激勵較為復(fù)雜：不僅動力裝置和載荷工況存在形式多樣性特點，且存在原動機或負(fù)載方面產(chǎn)生

2、的外部復(fù)雜激勵的影響，且同時存在時變嚙合剛度、齒輪傳動誤差等故障所引起的多種內(nèi)部激勵等，這就造成了齒輪故障振動機理與特征辨識的極大困難，嚴(yán)重阻礙了齒輪故障振動機理和特征辨識相關(guān)理論的研究。因此開展齒輪故障的齒輪系統(tǒng)動態(tài)激勵及振動機理理論與實驗研究，則具有重要的理論和應(yīng)用工程價值。
　　在分析直齒圓柱齒輪嚙合剛度算法的基礎(chǔ)上，論文對齒面剝落對嚙合剛度的影響進(jìn)行了研究，考慮齒面剝落導(dǎo)致的邊緣接觸對時變嚙合剛度的影響因素，推導(dǎo)了復(fù)合接觸

3、剛度算法，并建立了考慮邊緣接觸的時變嚙合剛度計算模型。分析了齒面剝落的不同程度擴展對時變嚙合剛度的影響，獲得了考慮邊緣接觸影響的齒輪嚙合剛度的突變特性。建立了6自由度圓柱直齒輪系統(tǒng)動力學(xué)模型，對齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)信號仿真計算分析，獲取了齒面剝落在各工況下對齒輪系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性的影響。同時通過輪齒表面剝落故障實驗，驗證了輪齒表面剝落故障動力學(xué)模型的正確性。
　　本文針對齒面剝落故障的齒輪系統(tǒng)動態(tài)激勵及系統(tǒng)響應(yīng)動態(tài)特性進(jìn)行，主

4、要的研究內(nèi)容如下：
　?、籴槍X面剝落邊緣接觸對時變嚙合剛度影響的問題，分析了含有齒面剝落齒對接觸過程，提出了復(fù)合接觸剛度新算法，同時建立了接觸剛度計算的有限元模型，計算了不同齒面剝落的齒輪嚙合接觸剛度并與新算法計算結(jié)果進(jìn)行了比較，驗證了新算法的正確性。
　　②考慮邊緣接觸因素，計算了邊緣接觸剛度的時變嚙合剛度，并分析了齒面剝落在寬度、長度和深度三個方向擴展對時變嚙合剛度的影響，解明了考慮邊緣接觸影響的齒輪嚙合剛度的突變特性

5、。
　?、劢⒘藛渭?自由度圓柱直齒輪系統(tǒng)動力學(xué)模型，利用龍格-庫塔法求解，計算了不同工況下正常齒輪和齒面剝落齒輪的的動態(tài)響應(yīng)信號，并結(jié)合信號時域和頻域分析，分析了動態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果，獲得了故障與動態(tài)響應(yīng)之間的特性。同時比較分析了考慮邊緣接觸剛度算法與傳統(tǒng)剛度算法的計算結(jié)果，驗證了其優(yōu)越性。
　?、艽罱溯嘄X表面剝落故障實驗臺，開展了剝落擴展、轉(zhuǎn)速變化和負(fù)載變化三方面影響系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)測試實驗。并結(jié)合信號時域和頻域分析方法以及時