基于輪齒表面剝落缺陷的齒輪動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)是重要且應(yīng)用廣泛的機(jī)械傳動(dòng)方式。齒面剝落失效是齒輪傳動(dòng)常見故障，失效的產(chǎn)生將嚴(yán)重影響機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)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(diǎn)，因此有必要開展齒輪故障的振動(dòng)機(jī)理與響應(yīng)特征研究工作。然而，齒輪系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參量、零部件相互、不同影響因素的強(qiáng)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(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)較為復(fù)雜：不僅動(dòng)力裝置和載荷工況存在形式多樣性特點(diǎn)，且存在原動(dòng)機(jī)或負(fù)載方面產(chǎn)生

2、的外部復(fù)雜激勵(lì)的影響，且同時(shí)存在時(shí)變嚙合剛度、齒輪傳動(dòng)誤差等故障所引起的多種內(nèi)部激勵(lì)等，這就造成了齒輪故障振動(dòng)機(jī)理與特征辨識(shí)的極大困難，嚴(yán)重阻礙了齒輪故障振動(dòng)機(jī)理和特征辨識(shí)相關(guān)理論的研究。因此開展齒輪故障的齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)及振動(dòng)機(jī)理理論與實(shí)驗(yàn)研究，則具有重要的理論和應(yīng)用工程價(jià)值。
　　在分析直齒圓柱齒輪嚙合剛度算法的基礎(chǔ)上，論文對(duì)齒面剝落對(duì)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(duì)時(shí)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(shí)變嚙合剛度計(jì)算模型。分析了齒面剝落的不同程度擴(kuò)展對(duì)時(shí)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(dòng)力學(xué)模型，對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)仿真計(jì)算分析，獲取了齒面剝落在各工況下對(duì)齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響。同時(shí)通過輪齒表面剝落故障實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了輪齒表面剝落故障動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　　本文針對(duì)齒面剝落故障的齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)及系統(tǒng)響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行，主

4、要的研究?jī)?nèi)容如下：
　?、籴槍?duì)齒面剝落邊緣接觸對(duì)時(shí)變嚙合剛度影響的問題，分析了含有齒面剝落齒對(duì)接觸過程，提出了復(fù)合接觸剛度新算法，同時(shí)建立了接觸剛度計(jì)算的有限元模型，計(jì)算了不同齒面剝落的齒輪嚙合接觸剛度并與新算法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了新算法的正確性。
　　②考慮邊緣接觸因素，計(jì)算了邊緣接觸剛度的時(shí)變嚙合剛度，并分析了齒面剝落在寬度、長(zhǎng)度和深度三個(gè)方向擴(kuò)展對(duì)時(shí)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?jí)6自由度圓柱直齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用龍格-庫塔法求解，計(jì)算了不同工況下正常齒輪和齒面剝落齒輪的的動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)，并結(jié)合信號(hào)時(shí)域和頻域分析，分析了動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果，獲得了故障與動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間的特性。同時(shí)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(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了其優(yōu)越性。
　?、艽罱溯嘄X表面剝落故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開展了剝落擴(kuò)展、轉(zhuǎn)速變化和負(fù)載變化三方面影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。并結(jié)合信號(hào)時(shí)域和頻域分析方法以及時(shí)