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时变摩擦和动齿隙直齿轮系统裂纹缺陷对振动特性的影响及试验研究
Journal of Vibration Engineering & Technologies ( IF 2.1 ) Pub Date : 2023-08-30 , DOI: 10.1007/s42417-023-01118-w
Wei-qiang Zhao , Jie Liu , Wen-hui Zhao , Hao Wang , Na Yang
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更新日期:2023-08-31
Journal of Vibration Engineering & Technologies ( IF 2.1 ) Pub Date : 2023-08-30 , DOI: 10.1007/s42417-023-01118-w
Wei-qiang Zhao , Jie Liu , Wen-hui Zhao , Hao Wang , Na Yang
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目的
存在故障的齿轮传动系统的振动特性会受到非线性因素的影响。为了获得准确的故障振动信号并分析振动特性,需要考虑这些因素的故障齿轮传动系统的非线性动力学模型。
方法
提出了带齿根裂纹的直齿轮传动系统的非线性动力学模型,该模型考虑了时变摩擦和动态齿隙。首先,采用势能法计算时变啮合刚度(TVMS),并充分考虑时变摩擦的影响。动态间隙是通过分形理论获得的。然后,齿面粗糙度被视为摩擦力和齿隙之间的联系,并在不同的齿面粗糙度下计算它们。由拉格朗日方程可以推导出模型的振动微分方程。最后,通过龙格-库塔法求解方程来研究振动特性。
结果
理论模拟结果表明,齿面粗糙度的变化可以直接影响齿的摩擦系数和侧隙。时变摩擦会激发啮合频率附近的边带。该系统由于动态齿隙而增加了新的频率分量,并且这些频率仅与齿面的微观变化有关。此外,早期裂纹(1毫米)在时域波形中并不明显,但在时频域的高频区域中振幅可能会激增。高频区的波动程度可以用来诊断裂纹的损伤程度。通过实验分析也得到了同样的现象。
结论
本文提出的模型揭示了齿面粗糙度对齿轮系统的影响。获得了裂纹齿轮的精确故障特征。实验和模拟结果可为裂纹缺陷程度的诊断提供一定的参考。

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