行星齿轮传动系统耦合故障传递特性研究

摘要

针对风电机组齿轮传动系统中故障信号复杂、微弱而难以识别的问题，从齿轮箱内部动态激励和箱体表面振动响应信号出发，总结了不同故障状态下的故障特征。并通过传递特性分析，揭示故障激励的传递特性及各级啮合之间的连带影响关系，为含行星轮系的多级齿轮传递系统故障诊断提供了理论基础和依据。
　　以风电机组故障模拟试验台为研究对象，分别建立正常状态、定轴齿轮裂纹故障状态、行星齿轮缺齿故障状态、行星齿轮磨损故障状态、定轴齿轮齿根裂纹-行星齿轮缺齿耦合故障及定轴齿轮齿根裂纹-行星齿轮均匀磨损耦合故障状态下试验台系统的三维实体刚柔耦合模型。通过动力学仿真得到对应故障状态下箱体内部各对齿轮啮合处的啮合接触力信号，揭示多级传动系统中3种单故障、2种耦合故障情况下系统内部激励信号故障特征，对实验所测得的箱体表面振动信号具有指导意义。
　　故障状态下箱体表面振动信号成分复杂，且同一故障的故障特征在不同测点反映情况不同，这涉及到振动信号由箱体内部传递至箱体表面时经不同路径而引起的变化。依据系统辨识方法及理论，以上述动力学仿真所得箱体内部轮齿啮合接触力力信号作为输入，以实验所测箱体表面振动响应作为输出，建立信号不同路径下传递函数模型。
　　通过正常及不同故障状态下系统的传递特性进行分析，依据各传递路径的成分组成、幅值变化以及贡献量大小，揭示齿轮内部接触力信号传递至箱体表面响应点过程中的对应路径之间相互影响的连带关系及由此引发的连带故障传递特性，实现了多级齿轮传动系统单一故障、耦合故障状态下故障特征的辅助识别。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状与存在的问题

1．2．1 风电机组齿轮传动系统动力学建模

1．2．2 齿轮传动系统振动响应信号处理

1．2．3 齿轮传动系统信号传递特性研究

1．2．4 研究中存在的问题

1．3 本文研究内容

第二章 齿轮故障模拟试验与传递路径简介

2．1 风电齿轮箱齿轮故障模拟试验

2．1．1 风电齿轮箱故障模拟试验台

2．1．2 齿轮故障模拟试验中响应信号测取

2．1．3 试验中涉及的啮合频率及故障特征频率计算

2．2 传递路径简介

2．2．1 研究传递路径的意义

2．2．2 传递路径与传递函数

2．3 本章小节

第三章 齿轮故障模拟试验台动力学模型

3．1 齿轮故障模拟试验台多刚体动力学模型建立

3．1．1 齿轮箱实体建模、装配及导入

3．1．2 施加约束

3．1．3 齿轮啮合接触力理论与参数设置

3．1．4 齿轮箱模型传动比检验

3．2 齿轮故障模拟试验台刚柔耦合动力学模型建立

3．2．1 关键部件柔性体的创建

3．2．2 柔性体替换刚性体

3．3 本章小结

第四章 齿轮箱内部齿轮啮合动态激励信号分析

4．1 齿轮箱内部齿轮啮合动态激励信号分析

4．1．1 正常状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．1．2 定轴齿轮齿根裂纹故障状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．1．3 行星轮缺齿故障状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．1．4 行星轮均匀磨损故障状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．1．5 裂纹-缺齿耦合故障状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．1．6 裂纹-磨损耦合故障状态下齿轮啮合接触力信号分析

4．2 本章小结

第五章 齿轮箱试验信号故障特征总结与系统传递特性分析

5．1 传递函数模型建立与求解

5．1．1 系统辨识理论与方法

5．1．2 输入、输出信号前处理

5．1．3 传递函数模型选择

5．1．4 模型结构阶次确定

5．1．5 离散传递函数转化连续传递函数

5．2 不同状态下试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．1 正常状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．2 定轴齿轮齿根裂纹状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．3 行星轮缺齿状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．4 行星轮均匀磨损状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．5 裂纹+缺齿耦合故障状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．2．6 裂纹+磨损耦合故障状态试验信号故障特征与传递特性分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢