西安交大曹宏瑞教授团队论文/一种新的复杂行星齿轮箱中振动信号传递与衰减分析方法

学术   2024-10-10 12:00   北京  

原文信息:

WEI ChaoHu, CAO HongRui, SHI JiangHai*, YANG Yang & DU MingGang. A novel method for vibration signal transmission and attenuation analysis in complex planetary gearboxes. Sci China Tech Sci, 2024, 67: 2939–2953, https://doi.org/10.1007/s11431-024-2731-3









内容介绍




















 行星齿轮箱在改变风力发电机和特种车辆等大型机器的转速和传输功率方面发挥着至关重要的作用。行星齿轮箱中存在许多非线性界面,如花键、轴承和齿轮副,其引起的振动信号传输和衰减机制尚不清楚。现有这方面的研究可归为三类方法:第一种方法是基于频率响应函数(FRF);第二种方法是使用数学技术模拟振动信号,但两者都不能考虑时变啮合刚度(TVMS)、动态传动误差(DTE)和齿轮箱内部阻尼等非线性因素;第三种方法是基于动力学模型的动态仿真,可以综合考虑行星齿轮箱的非线性因素。西安交通大学曹宏瑞教授团队提出了一种基于动力学建模的定量分析振动信号传输和衰减的新方法,该成果发表在Science China Technological Sciences 2024年67卷第9期,题为“A novel method for vibration signal transmission and attenuation analysis in complex planetary gearboxes”。

     本文的创新点和贡献如下:
    首先,建立了考虑TVMS、DTE、阻尼和摩擦的行星齿轮箱非线性多体动力学模型。为了模拟轴承内圈的故障响应,建立了基于拉普拉斯小波的周期性故障脉冲,并将其植入MBD模型中。通过将模拟振动信号与四个不同测量点的实验测量信号进行比较,验证了建模方法和故障注入方法,平均精度为99.10%。
    其次,为了避免齿轮啮合引起的基础振动对故障振动信号传递的干扰,给出了描述故障强度的故障影响因子(FIF)。不仅通过实验信号的包络谱来验证FIF的有效性,还通过分析行星齿轮箱内部非线性界面前后的振动信号,计算了花键联轴器、齿轮啮合、轴承等非线性界面的振动信号衰减。
    最后,提出了基于FIF的传递路径面积法(TPAM)来研究行星齿轮箱内轴承故障振动信号的传递和衰减。根据TPAM,分析了从故障源到箱体上测量点4的所有振动信号传输路径,并计算了它们的传输贡献率。经过比较和讨论,将贡献率分别为17.89%、17.61%和15.74%的TP7、TP5和TP2确定为三条主要路径。
     本文主要基于动态界面中振动信号传输的新量化方法和计算行星齿轮箱内部振动信号传输路径贡献的新方法TPAM,对复杂行星齿轮箱内振动信号的传输和衰减进行了量化分析。




















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