裂紋齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)特性分析.pdf

1、齒輪副是機(jī)械設(shè)備中最為常用的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞裝置，其力學(xué)行為和工作性能直接影響著機(jī)械系統(tǒng)的整體性能和可靠性。由于齒輪的受力情況相當(dāng)復(fù)雜，即使精細(xì)設(shè)計(jì)的齒輪箱也難免出現(xiàn)故障，這種不期望的故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至危及生命，因而對(duì)齒輪的早期故障特征進(jìn)行分析并盡早識(shí)別齒輪早期故障具有重要的工程意義。本文以一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立齒輪副嚙合模型及齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型，探討齒根裂紋故障對(duì)齒輪嚙合剛度和系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響，并通過(guò)試

2、驗(yàn)對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行分析和對(duì)比。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)對(duì)嚙合剛度的三種求解方法，即變形法、能量法和有限元法進(jìn)行詳細(xì)的介紹，在傳統(tǒng)能量法求嚙合剛度的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)能量法。通過(guò)變形法、改進(jìn)能量法和有限元三種嚙合剛度求解方法的對(duì)比表明，有限元法可以考慮更多的實(shí)際因素，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，但計(jì)算效率較低。傳統(tǒng)的能量法將輪齒視為基圓上的懸臂梁，在輪齒較多或較少時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，而改進(jìn)能量法考慮了真實(shí)的齒根過(guò)渡曲線，將輪齒視為齒根圓

3、上的懸臂梁，更加符合輪齒的形狀和受力情況，計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。
　　(2)考慮較為真實(shí)的裂紋擴(kuò)展路徑和齒根裂紋對(duì)輪齒有效厚度的削弱作用，求解含齒根裂紋的齒輪嚙合剛度，分析了裂紋深度、寬度、起始位置和擴(kuò)展方向?qū)X輪嚙合剛度的影響。研究結(jié)果表明，采用直線來(lái)模擬裂紋的擴(kuò)展路徑是合理的;在裂紋深度較大時(shí)應(yīng)采用拋物線作為裂紋對(duì)輪齒有效厚度削弱的限制線。隨著裂紋深度和寬度的增加，嚙合剛度的降低幅度增加;隨著裂紋起始位置角的增大，嚙合剛度的降低幅

4、度減小;隨著裂紋擴(kuò)展方向角的增大，嚙合剛度先減小后增大。
　　(3)探討了齒根裂紋前后系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的變化以及不同裂紋參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，裂紋出現(xiàn)后系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)發(fā)生變化，時(shí)域波形中出現(xiàn)了以裂紋齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期為間隔的周期性沖擊，在嚙合頻率及其諧波附近出現(xiàn)邊頻，并且沖擊、邊頻以及統(tǒng)計(jì)量的幅值隨著裂紋深度和寬度的增加而增大，隨裂紋起始位置角的增大而減小，隨裂紋擴(kuò)展方向角的增大先增加后減小。
　　(4)考慮由輪齒彈性

5、變形導(dǎo)致的延長(zhǎng)嚙合效應(yīng)，基于有限元模型，分析了延長(zhǎng)嚙合對(duì)齒輪嚙合剛度和系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響。分析結(jié)果表明，考慮延長(zhǎng)嚙合效應(yīng)后，單雙齒交替時(shí)嚙合剛度不再是突變的而是漸變的，并且隨著扭矩的增大，延長(zhǎng)嚙合現(xiàn)象越來(lái)越顯著。另外，考慮延長(zhǎng)嚙合效應(yīng)后，系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域和的頻域特征也發(fā)生改變。
　　(5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證，尋找有效識(shí)別早期裂紋故障的方法。研究表明，裂紋出現(xiàn)后，實(shí)驗(yàn)和仿真信號(hào)的瞬時(shí)能量在時(shí)間分布上產(chǎn)生周期性沖擊，并且隨著