行星齿轮点蚀故障刚度计算方法研究与动力学建模

摘要

行星齿轮箱广泛用于风力发电、直升机、工程机械等大型复杂机械装备中，齿轮传动是最重要的机械传动。齿面点蚀是机械传动中占比重较多的失效形式，经常因为被忽视引起更为严重的故障。因此，研究齿轮故障的根本原因，预防灾难事故的发生成为了齿轮研究的重中之重。但是，齿轮传动系统外部激励与内部激励的混合作用，给齿轮系统的分析带来诸多不便，严重制约了齿轮故障诊断和监测技术的发展。因此，行星齿轮点蚀故障刚度计算方法研究，对于生产生活指导以及理论研究具有较高的价值。本文主要开展的工作如下：
　　(1)总结行星齿轮啮合刚度计算、动力学建模相关的文献，了解目前在齿轮的刚度计算、动力学建模、动态响应求解方面的研究现状，对比分析各种方法的应用场合以及各自利弊；
　　(2)基于健康行星齿轮参数化刚度计算方法的研究，推导点蚀故障情况下，轮齿刚度的参数化计算公式，绘制刚度变化曲线；
　　(3)以实验室购买的动力传动故障诊断综合实验台DDS（DrivetrainDynamicsSimulator）为分析对象，采用质量-弹簧-阻尼形式将系统简化，建立传动系统的动力学模型。通过MATLAB程序，实现对动力学平衡方程的求解，分析行星齿轮传动系统振动参数变化和振动响应情况；
　　(4)以相同的实验台为对象，利用ANSYS参数化语言建立行星齿轮传动系统的有限元模型，施加相同的约束，求解轮齿综合刚度变化，验证参数化模型的正确性；
　　(5)采集实验台点蚀故障振动数据，分析系统动态响应，对比参数化结果、实际数据分析结果二者的差异，验证参数化模型在实际应用中的准确程度。
　　本论文是关于行星齿轮点蚀故障情况下的刚度计算，对参数化计算啮合刚度的公式推导以及行星齿轮三维模型在ANSYS环境下的仿真分析做研究讨论，对比分析点蚀故障啮合刚度在参数化方法、有限元仿真以及实际测试数据分析的差别，对齿轮研究理论的发展具有很好的指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

主要符号表

第一章 绪 论

1.1 选题依据和研究意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 本文的主要研究内容

1.4 课题来源

第二章 论文理论基础

2.1 行星齿轮系统的介绍

2.2 刚度动态激励原理

2.3 刚度计算的势能法原理

2.4 动力学建模理论

2.5 有限元理论

2.6 本章小结

第三章 点蚀故障齿轮刚度推导及动力学建模

3.1齿轮点蚀故障介绍

3.2 刚度推导基本原理

3.3 行星齿轮系统太阳轮单点蚀故障刚度计算推导

3.4 行星齿轮系统复合点蚀故障齿轮刚度计算推导

3.5 行星齿轮系统动力学建模

3.6 本章小结

第四章 齿轮刚度的有限元计算

4.1 有限元方法及ANSYS软件简介

4.2 齿轮三维实体建模

4.3 有限元模型的建立

4.4 有限元法计算轮齿刚度

4.5 结果分析及后期展望

4.6 本章小结

第五章 理论模型实验验证

5.1 动力学建模的假设条件与实验工况

5.2 实验装置与数据采集

5.3 实验结果对比

5.4 结果分析及后期展望

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果