为更好地揭示齿根裂纹故障对齿轮系统动力学特性的影响,开展了“故障机制分析—齿轮系统建模—裂纹故障试验”的全过程研究。首先,考虑更为真实的齿根过渡曲线和有效齿厚削减限制线,建立了更严格的裂纹轮齿模型,对传统势能法求解啮合刚度进行改进,研究了6种不同深度裂纹的刚度变化;其次,针对传统集中参数模型的不足之处,基于Timoshenko梁单元理论建立了齿轮-转子系统有限元动力学模型;最后,采用Newmark-β法求解正常/不同深度裂纹故障的齿轮系统的动力学响应,考虑转速的影响,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,齿根存在裂纹时,加速度响应存在周期性冲击特征,频域中的边频带现象出现在啮合频率及其谐波附近;冲击成分在时域和频域中的强度与裂纹深度、转速均成正相关关系。仿真结果和实测信号表现出一致特征,验证了该方法的正确性...

以势能法为基础,将轮齿全齿廓分为渐开线部分和过渡曲线部分,提出一种改进的直齿轮时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了齿根过渡曲线的参数方程,基于渐开线起始点半径、基圆半径和齿根圆半径的相对大小关系,建立了不同齿数情况下的轮齿模型,对渐开线齿廓部分的积分上限进行了修正,使得轮齿模型更为精确。对不同齿数情况下的轮齿时变啮合刚度进行计算,将改进前后方法的计算结果进行对比。结果表明,由于渐开线齿廓起始点半径和基圆半径不重合导致的计算误差会随着齿数的增加而增大;对于齿数相差较大的轮齿进行时变啮合刚度计算时,应根据齿数大小分情况进行啮合刚度计算;若用统一的轮齿模型进行计算,可能会带来较大的计算误差。参考有限元法计算结果,分析了误差产生的原因,验证了本文中所提方法的有效性。

针对齿数大于41的直齿轮,基于切齿几何和齿轮啮合原理,明确渐开线齿廓起点和渐开线与基圆交点的区别,引入过渡曲线参数方程,对基于能量法的时变啮合刚度计算公式进行改进,全面建立了不同裂纹水平的故障轮齿模型。在此基础上,以斜线作为有效齿厚削减限制线,使得裂纹轮齿模型更严格、考虑因素更全面。参考有限元法计算结果,分别讨论了模型修正、裂纹程度、有效齿厚削减限制线具体形式等因素对时变啮合刚度的影响。计算结果表明,未修正轮齿模型会导致大齿数裂纹齿轮时变啮合刚度计算结果偏小;啮合刚度降低程度随裂纹水平的增大而不断增加。根据裂纹水平给出了有效齿厚削减限制线的建模建议当裂纹水平较低时,有效齿厚削减限制线宜采用直线;当裂纹水平较高时,采用直线会产生较大误差;采用斜线不仅便于计算,同时能够满足计算精度需...