大型齿轮传动装置动力学及故障诊断技术研究

论文摘要

论文结合吉林省重点科技（攻关）计划项目“大功率传动装置及其可控启动/停车系统的研究”以及抚顺矿业集团公司项目“FWK-12电铲动力学仿真及结构强度分析”,对其中两种典型的大型齿轮传动装置,大功率可控启动传动装置和12m3矿用挖掘机履带行走减速装置中的直齿轮和斜齿轮传动装置进行动力学仿真及齿轮故障诊断研究。论文在研究齿轮时变啮合刚度的基础上,建立了大型直齿轮和斜齿轮传动装置的动力学仿真模型,在对齿轮传动装置进行运动学和动力学特性仿真的基础上,运用小波分析技术,对齿轮的裂纹和断齿故障诊断方法开展了深入研究,获得了大型齿轮传动装置在启动和正常运转工况下的动力学特性以及轮齿裂纹故障对啮合刚度的影响规律,并对大功率可控启动传动装置的启动和制动过程的智能控制进行了试验研究。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 大型齿轮传动装置的主要型式及其工程应用
• 1.1.1 机械式矿用挖掘机的主要组成部分
• 1.1.2 机械式矿用挖掘机履带行走减速装置
• 1.1.3 大功率可控启动传动装置
• 1.2 齿轮传动装置的主要故障类型及其诊断方法
• 1.2.1 齿面磨损
• 1.2.2 齿面胶合
• 1.2.3 齿面接触疲劳损伤
• 1.2.4 弯曲疲劳与断齿
• 1.2.5 齿轮传动装置故障诊断常用方法
• 1.3 齿轮传动装置故障诊断研究发展历史
• 1.4 齿轮传动装置故障诊断研究现状
• 1.4.1 齿轮啮合动力学参数研究
• 1.4.2 齿轮传动装置故障特征提取技术研究
• 1.4.3 齿轮传动装置振动及噪声信号的分析处理及早期故障预测技术研究
• 1.5 齿轮传动装置故障诊断技术的发展趋势
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 大型齿轮传动装置的动力学模型
• 2.1 圆柱齿轮副的基本动力学方程
• 2.1.1 两自由度模型和单自由度模型
• 2.1.2 四自由度模型和六自由度模型
• 2.1.3 多级圆柱齿轮传动的动力学模型
• 2.2 齿轮副的动力学参数
• 2.2.1 单齿啮合刚度
• 2.2.2 多对齿啮合时的载荷分配及啮合刚度
• 2.3 矿用挖掘机行走减速传动装置动力学模型
• 2.3.1 坐标系和基本假定
• 2.3.2 运动学方程
• 2.3.3 轴和滚动轴承的柔性参数模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 大型齿轮传动装置啮合刚度的数值模拟
• 3.1 单齿啮合时轮齿的变形计算
• 3.1.1 齿面载荷的确定
• 3.1.2 弯曲变形计算
• 3.1.3 轴向压缩变形计算
• 3.1.4 剪切变形计算
• 3.1.5 齿轮基体柔性变形计算
• 3.1.6 轮齿接触变形引起的轮齿中心线位移计算
• 3.1.7 轮齿中心线的总位移计算
• 3.2 单齿啮合轮齿变形算法的误差分析
• 3.2.1 渐开线直齿圆柱齿轮的有限元模型
• 3.2.2 基于ANSYS 的轮齿中心线位移分析
• 3.2.3 单齿啮合轮齿变形算法的误差分析
• 3.2.4 单齿啮合轮齿变形算法的误差校正
• 3.3 单齿啮合刚度
• 3.3.1 单齿刚度曲线
• 3.3.2 单齿综合啮合刚度
• 3.4 多齿啮合刚度
• 3.4.1 单齿和双齿啮合周期
• 3.4.2 双齿啮合刚度并-串等效模型
• 3.4.3 双齿啮合刚度串-并等效模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 大型直齿轮传动装置动力学仿真
• 4.1 圆柱齿轮副的动力学仿真模型
• 4.1.1 直齿轮副两自由度仿真模型
• 4.1.2 阻尼计算
• 4.2 不考虑传动误差的齿轮动力学仿真
• 4.2.1 状态方程的确定
• 4.2.2 输入量及初值的确定
• 4.2.3 启动时的瞬态响应仿真
• 4.2.4 额定转速下的稳态响应仿真
• 4.3 考虑传动误差的齿轮动力学仿真
• 4.3.1 传动误差模型
• 4.3.2 考虑齿轮传动误差的仿真
• 4.4 大功率齿轮传动装置的动载荷和动载系数
• 4.4.1 不同负载转矩的动载荷仿真
• 4.4.2 不同负载转矩的动载系数
• 4.4.3 啮合位置对动载荷和动载系数的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于小波分析的齿轮传动装置故障检测
• 5.1 引言
• 5.2 基于小波分析的故障检测理论
• 5.2.1 小波的消失矩
• 5.2.2 信号奇异点的检测
• 5.3 基于小波分析的直齿轮裂纹故障检测
• 5.3.1 啮合周期内啮合刚度变化的检测
• 5.3.2 轮齿裂纹对啮合刚度的影响
• 5.4 复杂齿轮传动装置的动力学分析与故障诊断
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 多体动力学模型
• 5.4.3 非线性接触动力学仿真的算法选择
• 5.4.4 无故障齿轮传动装置的仿真
• 5.4.5 有故障齿轮传动装置的仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 大功率可控启动传动装置智能控制的试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 系统组成
• 6.2.1 概述
• 6.2.2 驱动单元的结构
• 6.3 系统动力学模型
• 6.3.1 摩擦盘模型
• 6.3.2 行星排模型
• 6.3.3 电液伺服阀模型
• 6.4 模糊控制器
• 6.4.1 模糊控制模型
• 6.4.2 模糊集和成员函数
• 6.4.3 自适应模糊神经控制器
• 6.4.4 仿真结果
• 6.5 台架试验研究
• 6.5.1 试验台架系统组成
• 6.5.2 试验结果
• 6.6 本章小结
• 第7章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及主要科研成果
• 摘要
• ABSTRACT