论文部分内容阅读
齿轮箱作为连接和传动的常用部件广泛应用于航空、船舶、汽车及工业机械设备中,因此,齿轮箱设备的正常运转是保障机械设备安全运行的重要指标。齿轮箱常在重载、高速的条件下运行,因而齿轮失效时常发生,给机械设备的安全运行带来隐患。随着信息技术的不断发展,齿轮箱的故障诊断方法也在不断的更新,但是齿轮箱设备结构复杂、非线性因素较多,而多数的诊断方法是从线性的角度出发,有时对非线性问题也是束手无策。因此,有必要从非线性角度探究齿轮箱系统的动力学问题,了解故障的原因、发展及故障对系统的动力学影响,找出各种齿轮失效的特征,掌握其故障的非线性机理,从而为实现齿轮箱设备故障的早期发现、检测及预测提供理论依据,也为齿轮箱设备的安全、可靠运行提供坚实的理论基础。 本文的目的是基于实验台齿轮箱,探讨常见齿轮故障(齿根裂纹、齿面剥落及断齿故障)的非线性机理,研究故障引起系统的非线性动力学特性,分析故障的产生、发展及其对系统的动力响应的影响,找出故障的非线性特征,提出适合齿轮箱的诊断方法。 1、针对齿根裂纹、齿面剥落及断齿故障建立非线性动力学模型。其中,裂纹故障模型考虑了裂纹对系统啮合刚度的变化,剥落故障模型同时考虑了啮合刚度的变化及剥落故障激励函数,断齿故障模型同时考虑了啮合刚度的变化及断掉部分引起系统的质量不平衡激励。根据动力学分析的需要分别建立了齿轮副扭转振动模型及4自由度齿轮-转子-轴承的啮合耦合动力学模型。 2、针对故障模型进行非线性动力学分析。通过解析法分别对裂纹故障分析了系统的主共振及1/2亚谐共振,对剥落故障分析了系统的主共振及内共振,对断齿故障分析了故障频率引起的系统主共振及组合共振。由奇异性分析了不同故障、不同故障程度引起齿轮系统的不同分岔模式,展示了故障的产生及演化对系统动力学响应的影响。分析了系统参数对传动系统动力学特性的影响,为合理地设计、安装及运行提供依据。 3、针对故障的非线性特征分析。不同的故障有各自的振动特征,本文通过时域、频域及非线性方法综合分析了3种故障的动力学特征,展示了随着故障的演化其振动特征的变化,为齿轮故障的识别提供判据。 4、故障诊断领域的难点是如何识别早期故障,早期故障的故障信息弱,特征不明显,给故障诊断带来了困难。另外,实测信号往往受干扰严重,使得一些特征信息被埋没,由实测信号很难判断设备运行的状态。针对以上的问题,本文提出了将经验模态分解(EMD)与奇异谱分析(SSA)相结合的ES方法,不仅能够提取到微弱信息,也能将实测信号去除干扰,自主地选择想要的特征信息,为实测信号的预处理提供有效的手段。 5、分形方法在故障诊断领域的应用是近几年的热点,它的特点是从整体到局部能够细微地将故障量化,分形方法中的分形维数及多重分形是故障诊断常用的量化参量。本文应用分形方法对ES方法提取到的特征成分进行量化判断,从而进一步分析齿轮箱的运行状况。 本文从理论及实验两个方面全面地分析齿轮箱设备的故障机理,并且提出一套系统的诊断齿轮箱设备的方法,为齿轮箱的故障识别及诊断提供很好的理论依据及实际指导。