裂纹故障下细高齿齿轮齿根动应变研究

为探究裂纹故障对细高齿齿轮齿根动应变的影响规律,采用集中质量法建立齿轮系统动力学模型,将故障下的时变啮合刚度作为输入,对系统动力学方程进行求解得到不同裂纹深度下的齿轮副动态啮合力。利用有限元法建立含裂纹故障齿轮结构动力学分析模型,结合轮齿承载接触分析确定裂纹故障下的齿间载荷分配关系,采用瞬态分析得到齿根应变时域历程,并对不同裂纹深度下的齿根动应变进行分析。仿真结果表明,当从动轮发生裂纹故障后,其齿根动应变故障特征主要表现为啮合区内齿根应变数值的变化,主动轮齿根动应变故障特征主要表现为齿根应变时域历程中出现周期性冲击及幅值衰减,在1.5 mm裂纹深度下主动轮齿根应变峰值因子相对变化量达到12.72%。

考虑裂纹与磨损故障的齿轮传动系统动态特性分析

针对齿轮系统中同时出现裂纹与磨损故障时实现复合故障诊断较为困难的问题,提出了考虑齿廓磨损和齿根裂纹故障的齿轮传动系统动态特性分析模型。首先,基于Archard公式,建立齿轮传动系统磨损数值仿真模型,求解不同磨损周期下的齿廓磨损量;然后,通过势能法建立裂纹及磨损作用下的单齿啮合刚度计算模型,在双齿接触区考虑啮合齿对磨损量间的关系,结合变形协调,建立双齿啮合刚度计算模型;最后,采用集中质量法建立齿轮系统4自由度动力学模型,以含故障的时变啮合刚度为输入,使用Newmark-β法对动态响应进行求解,获得不同程度裂纹与磨损作用下的齿轮动态特性。实验结果表明:该模型能够较好反应复合故障中磨损与裂纹特征;与未考虑磨损后双齿区实际变形的裂纹与磨损复合故障模型相比,该复合故障模型双齿区刚度计算准确性提高了约22%,所提模型可为含磨损与裂纹的齿轮传动系统故障诊断提供有效的动力学补充。

行星齿轮系统齿裂纹演化分析

针对行星齿轮系统裂纹故障“以直线裂纹代曲线裂纹”的假设,存在简化误差大小、置信区间不确定问题。考虑裂纹扩展过程中裂纹前缘应力场、位移场的奇异性,对裂纹扩展路径精确表达。建立新的齿根裂纹悬臂梁模型,对不同裂纹故障程度量化表征。构建含裂纹故障的行星齿轮动力学参数化模型,分析了太阳轮齿根裂纹故障对行星齿轮系统振动响应及故障特征的影响。结果表明:实际裂纹简化为直线裂纹的可行性范围如下,裂纹全生命周期前75%,直线裂纹的简化误差不超过6.4%;行星齿轮系统对小于50%裂纹故障的响应表现为弱故障,对大于50%裂纹故障的响应表现为强故障。