基于角加速度的齿轮振动测试与分析方法的研究

摘要

齿轮传动系统被广泛应用于交通运输工具和工业生产设备的传动，而齿轮作为传动系统的核心零部件，其振动状态会直接影响到系统的工作状态。随着传动设备的结构复杂化，齿轮振动信号在向外传递过程中被干扰和衰减的可能性也随之增大，这可能导致微弱的齿轮振动信号在设备表面无法被拾取，此时通过拾取设备表面振动来分析齿轮的振动及状态会有较大的难度。　　齿轮的啮合振动发生在沿齿廓的啮合线方向上，轮齿的啮合激励最直接的作用结果是齿轮发生扭转振动，因而可以根据扭转振动信号来分析齿轮的振动情况和工作状态。而且齿轮的扭转振动测试受传递路径的影响较小，这有利于提取微弱的齿轮动信号。所以本文提出了一种基于角加速度的扭振测试方法来测试和分析齿轮振动。具体的工作内容有以下几点：　　分析了齿轮的振动响应机理，并基于齿轮的扭转振动模型分析了齿轮角加速度与齿轮啮合振动的关系，分析结果表明，齿轮的角加速度变化与齿轮啮合齿面的载荷变化密切相关，利用角加速度来分析齿轮振动是可行的。然后初步给出基于角加速度的齿轮振动测试方法，并在ADAMS软件中建立齿轮传动装置仿真模型，研究齿轮啮合振动与齿轮及齿轮轴角加速度的联系，验证了本文齿轮振动测试方法的可行性。　　在分析了角加速度测量原理之后，本文采用基于切向加速度的角加速度测量方法，并以此为理论基础设计搭建了角加速度测试系统，然后设计试验验证了本文测试系统的有效性。　　设计了齿轮振动测试试验。搭建了齿轮振动试验台架，然后物理模拟齿面磕碰故障，使齿轮在运转时产生较微弱的异常振动，试验过程中，在齿轮轴上拾取齿轮的角加速度信号，同时在齿轮箱体上拾取齿轮振动信号，最后的试验分析结果表明，齿轮轴上的角加速度可以直接反应齿轮振动情况，并且与箱体振动信号相比，角加速度对齿轮微弱的异常振动更敏感。　　分别对稳速和变速工况下采得的角加速度信号进行分析，与箱体振动信号的分析结果进行对比，分析结果表明，角加速度表现出的齿轮异常振动特征更明显，信号中的噪声成分极少，利用角加速度更容易判断齿轮状态的变化；在利用角加速度对齿轮振动进行分析时，采用传统的时域分析、频域分析、阶次分析等分析方法就可以得到准确的分析结果，具有较好的易操作性，适合在工程中推广。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

2 齿轮振动响应分析

2.1 不同状态的齿轮振动响应机理

2.2 基于角加速度的齿轮振动测试方法

2.3 齿轮啮合振动与角加速度响应仿真分析

2.4 本章小结

3 角加速度测试系统

3.1 测试系统总体方案设计

3.2 角加速度测试模块

3.3 其他测试传感器

3.4 信号调理及采集设备

3.5 信号分析软件

3.6 测试系统验证试验

3.7 本章小结

4 齿轮振动测试试验研究

4.1 试验目的

4.2 齿轮振动试验台架设计

4.3 齿轮异常振动信号模拟

4.4 齿轮振动测试试验

4.5 本章小结

5 基于角加速度的齿轮振动分析

5.1 稳速工况下的角加速度分析

5.2 变速工况下的角加速度分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果