基于传递特性的行星齿轮耦合故障研究

摘要

针对风电齿轮传动系统中行星轮系的耦合故障，通过故障行星齿轮替代正常齿轮的实验方法，分别模拟了行星齿轮缺齿故障、行星齿轮均匀磨损故障以及行星齿轮缺齿-行星齿轮均匀磨损耦合故障三种故障类型，并从箱体表面获取振动信号并对其分析。通过分析两种单独故障及行星轮系耦合故障信号，发现在耦合故障中存在异于两种单独故障时的连带故障频率。本文以该连带故障频率为主要研究对象，通过将实验信号与仿真获得的齿轮啮合力信号相结合的方式，建立了能够反应信号传递关系的传递函数。
　　在建立仿真模型时，为使模型精度更高，分别建立正常状态及以上三种故障状态下的风电齿轮箱故障模拟试验台三维实体刚柔耦合模型，将齿轮箱体设为柔性休，齿轮及轴设为刚性体。通过导入ADAMS软件进行动力学仿真，获得各种状态下的箱体内部各级齿轮的啮合力信号。通过对箱体内部齿轮啮合力信号的分析,总结了不同故障状态下各啮合力的变化情况，也从侧面验证了模型建立符合系统的传递特性。
　　振动信号由箱体内部传递至箱体表面，在传递过程中各成分幅值及贡献量的变化量，能够揭示其传递机理。依据系统辨识的理论，以仿真获得的啮合力信号为输入，箱体表面的振动响应信号为输出，通过ARX模型建立传递函数，分别对正常、缺齿、磨损和耦合故障进行各故障频率的分析。从贡献量的角度出发分析各故障频率的组成成分，揭示了各故障之间的连带关系所引起的连带故障传递特性，提取出了最能反应耦合故障特征的故障频率，并通过其他测点对耦合故障的传递特性进行检验，实现了多级齿轮传递系统行星齿轮耦合故障的识别。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究中存在的问题

1．3 国内外研究现状

1．3．1 箱体表面振动响应信号处理方面

1．3．2 动力学建模方面

1．3．3 齿轮传动系统传递特性研究方面

1．4 本文研究内容

第二章 风机齿轮箱故障模拟实验与信号分析

2．1 风机齿轮箱故障模拟实验

2．1．1 风机故障模拟试验台

2．1．2 风电传动系统齿轮常见故障

2．1．3 齿轮故障模拟实验信号测取

2．1．4 齿轮啮合频率及故障特征频率计算

2．2 实验信号分析

2．2．1 行星齿轮缺齿故障信号分析

2．2．2 行星齿轮均匀磨损故障信号分析

2．2．3 行星齿轮耦合故障信号分析

2．3 本章小结

第三章 动力学建模及内部啮合力信号分析

3．1 建立齿轮故障模拟试验台动力学模型

3．1．1 SolidWorks与ADAMS的数据转换

3．1．2 各零部件之间约束的施加

3．1．3 设置齿轮啮合力的相关参数

3．1．4 检验齿轮箱传动模型

3．2 建立刚柔耦合的齿轮故障模拟试验台动力学模型

3．2．1 柔性部件的创建

3．2．2 设置柔性体部件运动副及啮合力参数

3．3 齿轮箱内部齿轮啮合动态激励信号分析

3．3．1 正常状态下齿轮各啮合力信号分析

3．3．2 行星齿轮缺齿故障状态下齿轮各啮合力信号分析

3．3．3 行星齿轮均匀磨损故障状态下齿轮各啮合力信号分析

3．3．4 耦合故障状态下齿轮各啮合力信号分析

3．4 本章小结

第四章 传递函数的模型建立与求解

4．1 传递函数简介

4．2 利用系统辨识建立传递函数

4．2．1 传递函数ARX模型的选择

4．2．2 输入、输出信号预处理

4．2．3 模型结构阶次确定

4．2．4 离散传递函数转化连续传递函数

4．3 本章小结

第五章 利用传递函数提取故障特征频率

5．1 正常状态下的传递特性分析

5．2 行星齿轮缺齿故障下的故障频率选取

5．3 行星均匀磨损故障下的故障频率选取

5．4 行星齿轮缺齿-均匀磨损耦合故障下的故障频率选取

5．5 本章小结

第六章 利用贡献量对连带故障频率故障源辨识

6．1 缺齿故障特征频率贡献量分析

6．2 均匀磨损故障特征频率贡献量分析

6．3 耦合故障特征频率贡献量分析

6．3．1 耦合故障下40Hz贡献量分析

6．3．2 耦合故障下1200Hz贡献量分析

6．3．3 耦合故障下460Hz贡献量分析

6．4 耦合故障验证

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

发表论文及参加科研f青况说明

致谢