专    业：机械工程

导    师：张俊 教授

毕业去向：福州大学攻博（经济与管理学院）

教育及工作背景：

2016年9月至2019年6月     福州大学   机械工程   工学硕士学位

2012年9月至2016年6月    福建农林大学   机械设计制造及其自动化  工学学士学位

研究方向：

齿轮动力学

参与科研项目：

1.国家自然科学基金，行星传动齿面磨损与动力学行为交互作用机理研究，参与

奖项与荣誉：

2018年 福州大学研究生中期奖学金三等奖

硕士学位论文简介：

含裂纹损伤的直齿圆柱齿轮振动特性研究

直齿圆柱齿轮作为应用最为广泛的一类齿轮传动,在使役过程中容易产生裂纹损伤。已有研究表明,裂纹损伤对直齿轮传动的振动特性具有显著影响。为保障齿轮传动系统的运行安全,有必要分析裂纹损伤与传动系统动力学行为之间的关联,明晰损伤程度和传动系统动态特性之间的定量关系。有鉴于此,本文以直齿圆柱齿轮为研究对象,开展含裂纹损伤的传动系统振动特性研究。总结全文,主要研究内容如下:

首先,计入时变啮合刚度、齿侧间隙、转子弯扭效应和箱体支承柔性,并综合考虑齿轮、转子、轴承和箱体之间的耦合关系,建立了12自由度的直齿圆柱齿轮传动系统刚柔耦合非线性动力学模型。采用Runge—Kutta法求解了该类传动系统的动力学方程,获得了系统的稳态响应。分析表明,齿轮副沿啮合线方向的相对动态位移在一阶啮频处的振幅最大,而齿轮和轴承的振动位移则在三阶啮频处振幅最大。相关结果为齿轮传动系统的振动抑制提供了力学依据。

其次,基于势能法,推导了含齿根裂纹与分度圆处裂纹损伤的直齿轮副时变啮合刚度,并提出了裂纹深度百分比这一表征裂纹损伤程度的指标。在此基础上,进一步比较了齿根裂纹和分度圆处裂纹损伤对齿轮时变啮合刚度的影响,并分析二者的不同。通过将含齿轮裂纹损伤的啮合刚度模型与所建立的齿轮非线性动力学模型相结合,建立了含裂纹损伤的直齿轮传动系统非线性动力学模型,并据此研究了裂纹损伤对传动系统动态特性的影响。研究表明,在相同裂纹深度百分比情况下,齿根裂纹引起的故障程度大于分度圆处裂纹引起的故障程度。此外,进一步分析了裂纹损伤的故障机理,引入了峭度、裕度因子、峰值因子和脉冲因子等无量纲指标,作为故障程度的判别依据,为齿轮系统的故障预警提供了参考依据。

最后,依托动力传动模拟系统实验台(DDS)开展了含裂纹损伤的平行轴齿轮箱故障实验。实验结果表明:实测数据与仿真计算基本一致,验证了本文所建非线性动力学模型及裂纹损伤描述方法的正确性。

本文的研究可为齿轮传动系统的在线监测和故障诊断提供理论基础,具有一定的工程运用价值。