基于全有限元模型的直齿轮动态响应特性研究

摘要

在直齿轮传动系统中,啮合刚度是最重要的内部激励源,其引起的加速度响应特征是对齿轮进行状态监测与故障诊断的重要依据。首先,针对传统集中参数法建立的动力学方程的不足之处,采用2节点梁单元建立了齿轮传动系统全有限元动力学模型;其次,考虑齿轮基圆与齿根圆不重合的情况,采用通用齿廓曲线方程获得完整齿廓曲线的描述模型,进而获得了不同失效形式下的齿轮啮合刚度曲线;最后,采用数值方法对动力学模型进行求解,并与实验观测结果进行对比分析。仿真结果表明,在齿轮局部故障的情况下,其时域图形出现了以主动轮旋转周期为间隔的冲击成分,频域中则在啮合频率附近出现了以主动轮转频为间隔的边频带,冲击成分在时域与频域中的强度与局部故障的程度呈正相关关系。实测加速度信号与理论仿真结果呈现了一致的特点,证明了文中所采用方法的正确性。