含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟.pdf

第32卷第l期 振动、测试与诊断 V01．32No．1 2012年2月 of Feb．2012 Journal Vibration，MeasurementDiagnosis 含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟+ 韩振南， 孙文婷， 高建新 (太原理工大学机械工程学院太原，030024) 摘要 利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真，建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的 动力学模型，根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值，通过采用Matlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分 方程，模拟在扭转激励下，有剥落缺陷系统的动态响应，通过比较得到其与无缺陷系统响应的不同。仿真计算结果 表明，该模拟方法能对齿轮传动系统的动力学性能做出较为全面的预测，为齿轮故障诊断提供参考。 关键词齿轮；系统动力学模型；扭转啮合刚度；数值计算方法 中图分类号THl32 假设有：a．忽略齿轮箱体共振．b．轴的质量和惯性集 引 言 中于轴承和齿轮；c．忽略轴的横向响应；d．轴的扭转 刚度不计(转动轴承的扭转刚度很小)；e．轮齿的轮 齿轮系统的动态激励有内部激励和外部激励两 廓为完美的渐开线，几何误差、静态传动误差的影响 类。外部激励是系统外部对系统的激励，主要指原动 相对于动态的传递误差影响很小，可以忽略不计。 机的主动力矩和负载的阻力和阻力矩。内部激励是 模型的动力学方程[z]为 齿轮传动与一般机械的不同之处，包括刚度激励、误 M主+C童+Kx=T(1) 差激励和啮合冲击激励。其中，齿轮扭转啮合刚度对 其中：肘为质量矩阵；c为阻尼矩阵；K为刚度矩阵。 于齿轮传动的动力学性能有明显的影响，啮合刚度 的时变特性是齿轮传动系统一种主要的内部动态激 广义力T的方程分别为 mm 励源，不同的啮合刚度值会引起系统的动态响应。笔 M=diag(J。IpIg It优mp mg优 者在考虑扭转时变啮合刚度和齿间摩擦力的情况 mmp优mmg优) 下，分别计算出有、无剥落缺陷的系统的两组刚度 C5 值，应用Matlab数值计算方法，通过动力学方程模口c —qc 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 拟两种状态下系统的动态特性，为齿轮系统的故障 一乳钆+r户29，，|6一rprgq,,,b r户‰小0 0—09，，_6 诊断提供参考。 qc+r92q柚一％0