Crack Propagation and Fault Diagnosis for Gears Using FEM.pdf

1、系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷已成為機(jī)械行業(yè)的重要研究領(lǐng)域，其發(fā)展趨勢是尋求合適的理論方法來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械系統(tǒng)早期故障的監(jiān)測和診斷以取代機(jī)械故障后維修的現(xiàn)實(shí)。
　　在過去二十年內(nèi)，傳動系統(tǒng)中所存在的齒輪磨損嚴(yán)重以及輪齒嚙合故障等問題越來越受到使用者的重視，尤其是齒輪裂紋擴(kuò)展和裂紋故障分析研究日益重要。已有的研究主要集中在分析齒輪輪圈的厚度對裂紋擴(kuò)展路徑的影響，和針對發(fā)生故障的齒輪傳動系統(tǒng)直接進(jìn)行動力仿真。對于前者，其研究方法主要是基于斷裂力學(xué)的

2、基本理論，而這些原理往往包含大量的變量和方程，需綜合運(yùn)用各種計算機(jī)軟件才能達(dá)到裂縫擴(kuò)展路徑的預(yù)測目的。對于后者，一些研究者一方面針對齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行三維裂紋故障仿真，另一方面也通過傳統(tǒng)的分析方法來研究其他類型的齒輪故障。為了更好的進(jìn)行輪齒裂紋擴(kuò)展路徑的預(yù)測，發(fā)展和豐富現(xiàn)有的齒輪故障診斷技術(shù)，本文利用二維分析方法對圓柱齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)而提出了一種新的適用方法來進(jìn)行輪齒裂紋擴(kuò)展路徑預(yù)測，同時利用有限元方法對存在輪齒故障（包括

3、裂紋、剝落等）的三維圓柱齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行動力仿真和分析，并得出不同輪齒故障對齒輪傳動系統(tǒng)振動響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　本文的主要工作立足于有限元靜態(tài)和動態(tài)分析--二維和三維靜態(tài)和動態(tài)分析工作包括：
　　①提出了基于ESO（漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化）的輪齒裂紋故障擴(kuò)展路徑的預(yù)測方法，其重點(diǎn)是預(yù)測裂紋路徑的擴(kuò)展方向（齒根或齒圈），同時分析了四個無故障的二維有限元齒輪模型。
　　②利用三維有限元模型（能為齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析提供大量信息）

4、，對存在故障的一級圓柱齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究。為研究和評價在相同載荷下不同齒輪故障對傳動系統(tǒng)的振動響應(yīng)的影響，對兩種類型的齒輪故障進(jìn)行三維建模和仿真：齒根處不同厚度的裂紋和齒面不同尺寸的剝落。
　?、圻M(jìn)一步研究了一些主要缺陷對齒輪嚙合過程中的動態(tài)響應(yīng)的影響。建立了用于研究齒輪嚙合過程中動態(tài)特性的有限元模型，分析和研究了裂紋和剝落對齒輪嚙合剛度和固有頻率的影響。
　　本文對輪齒裂紋擴(kuò)展路徑的預(yù)測所得到的動力學(xué)仿真分析的