齿轮-轴-轴承系统是现代机械工业常用的传动机构。当轴承外圈与轴承座出现配合间隙时,传动系统会产生复杂的振动响应,使运行状态识别变得十分困难。建立了36自由度的齿轮-轴-配合间隙轴承系统动力学模型,该模型结合齿轮副系统和轴承系统,考虑了配合间隙引起的碰摩;并通过Hertz理论中的非线性接触和库仑摩擦模型计算了轴承外圈和轴承座之间的接触力。结果表明,当轴承外圈与轴承座之间产生配合间隙后,传动系统的时域响应受到轴承外滚道故障频率的调幅,配合间隙越大,调幅现象越严重;由于衰减次数的增加,响应频谱上出现齿轮副和轴承的超谐波频率,传动系统的超谐波响应被激发;随着轴承外圈配合间隙的增加,更高阶的超谐波响应会被激发。最后,通过实验验证了所建立模型和对既得结果分析的正确性。

振动与噪声是影响齿轮传动性能的重要参数,齿轮传动系统的振动噪声控制已成为一个重要研究领域。目前,齿轮传动系统振动控制的主要方式有增加重合度、修形、变位、阻尼等。本文研究了错齿相位调谐齿轮啮合原理,推导了直齿轮错齿相位调谐齿轮时变啮合刚度计算公式,研究了错齿相位调谐与振动响应之间的映射关系;设计了可实现不同错齿相位的平行轴直齿轮副实验方案,开展了齿轮副在不同错齿相位时的减振效果实验研究,并将实验结果与仿真结果进行了对比与分析。

针对齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时齿轮副振动响应,结合齿轮副模型和滚子轴承模型,基于拉格朗日方程建立了36自由度的齿轮-转子-轴承系统耦合振型,设定齿轮副主动轮剥落和轴承表面损伤复合故障,研究了复合故障下齿轮副的振动响应。结果表明,在健康的齿轮-转子-轴承系统振动响应下,系统振动时域幅值较为均匀,振动频谱主要为轴承外圈特征频率和齿轮副啮合频率;当齿轮副发生剥落单故障时,系统振动频谱上出现啮合频率与转轴频率调制生成的边频带;当齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时,系统振动时域上的振动幅值增大,振动愈加复杂,频域信号调制现象严重,而且调制生成的信号幅值增大,但在其振动频域上可以找到其故障频率以及调制生成的谐波频率,以此可以判断系统的故障类型。

以圆柱直齿轮为研究对象,采用质量集中法建立了行星齿轮传动系统的非线性动力学模型。模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合阻尼与综合啮合误差4个影响因素,列出模型对应的动力学方程,并使用4阶龙格-库塔法进行求解;通过改变齿侧间隙的大小,得出系统在不同间隙大小下的响应状态差异;最后,用相对位置误差的时间位移图像、相平面图及FFT频谱图进行反映,得出具体齿侧间隙大小对齿轮振动响应的影响。

为了研究故障状态下高速列车齿轮箱轴承的振动响应,基于Hertz接触理论,考虑轴承外圈滚道上常见的剥离故障,利用三维建模软件SolidWorks和动力学软件RecurDyn,建立了高速列车齿轮箱轴承出现剥离故障时的动力学模型。通过对轴承的仿真分析可以看出,在经过外圈滚道上的剥离故障时,滚子的角速度出现周期性突变,产生打滑现象;滚子与外圈滚道故障处的冲击传递到保持架上,使其稳定性降低;外圈振动加速度频谱图在外圈故障特征频率的1倍频和2倍频处出现了峰值,根据理论分析,可以判定轴承出现故障的元件是外圈;外圈和滚子之间的接触力在故障处会周期性地增大和减小。

研究在平面声波斜入射情况下，无穷大双周期加筋的微穿孔薄板结构的振动响应及吸声性能。首先在马大猷和Takahashi微穿孔板声学理论基础上，建立了微穿孔加筋薄板结构振动的半解析模型；然后应用傅里叶变换及空间波数分析方法，将周期加筋微穿孔薄板的振动位移及辐射声压表示为频域内波数的分量迭加形式；最后通过对波数分量进行求解，并利用傅里叶逆变换得到双周期加筋的微穿孔薄板的振动响应及吸声系数表达式。计算结果表明，薄板的弯曲振动在水中对吸声的影响较大，空气中仅对轻质穿孔板的低频吸声效果有一定影响；同时微穿孔率对周期加筋薄板吸声系数的影响明显，通过改变穿孔率和加筋周期等可有效地提高水中微穿孔薄板结构的吸声性能。

运用声学传感器和频谱仪对一台小型高速低噪声离心风机进行试验研究,研究发现:风机进出口向外辐射的气动噪声为风机最主要的噪声类型,气动噪声主要是基频噪声,噪声源分别位于叶片进口处与蜗壳蜗舌处,风机进出口噪声被屏蔽后整机噪声降低约21%;风机蜗壳振动是由于风机内部非定常流动诱发蜗壳结构做振动响应,振源主要位于叶片进口处与蜗壳蜗舌处,振动频率与风机基频一致;在蜗壳中填充相等体积1.5 mm塑料球,2.3 mm塑料球,1.2 mm陶瓷球,3.0 mm陶瓷球用来降低蜗壳振动噪声,在设计工况点以3.0 mm陶瓷球效果最佳,整机噪声下降约2.8%。

针对行星齿轮箱振动响应,建立考虑齿圈螺栓约束的行星齿轮箱振动信号模型。基于集总参数模型,求解各部件的振动位移,计算内齿轮副的啮合力;将带螺栓约束的齿圈简化为欧拉-伯努利梁,通过求解梁的振动建立齿圈上任意点的振动信号。基于所建立的信号模型,分析振动信号的传输机制、振幅调制和重叠现象,以及螺栓约束对齿轮箱振动的影响,最后通过实验验证了新方法的合理性。该新模型不需要考虑所选振动部件的窗函数和权值,可以有效避免人为干扰

对叶片裂纹进行准确定位,对于实现准确维修延长其工作寿命具有重要的意义。针对叶片裂纹定位问题,提出一种高频激励下利用多位置点振动响应非线性估计的叶片裂纹定位方法,并给出了系统非线性估计的定义和相应的计算方法。在叶片上多位置特征点采集非线性振动信号组成矩阵形式信号,再利用正交分解方法求解其线性近似矩阵信号,通过量化两者之间的误差得到叶片各点振动响应信号的非线性程度估计值。计算相同激励输入下健康状态和含裂纹叶片各点振动响应非线性度估计值的误差,寻找误差绝对值最大点实现裂纹的准确定位。通过在有限元软件中建立健康和含裂纹损伤的叶片有限元模型,在多种激励频率下进行瞬态动力学仿真验证,分析结果表明该方法具有很好的裂纹定位效果。

建立了考虑非线性轴承力的动量轮轴承-转子系统动力学方程，并采用Runge-Kutta数值方法对其求解。利用分岔图、Poincare映射图、幅值谱图依次分析了不同转速、等效阻尼、径向游隙状态下系统动力学响应特征。分析结果表明：滚动轴承-转子系统具有丰富的周期、拟周期以及混沌的响应形式。混沌响应中存在变柔度振动，且x方向较为剧烈。合理选择滚动轴承的参数组合，可使滚动轴承-转子系统处于较稳定的振动响应状态。