项目名称: 基于动力学特性的多级行星齿轮传动系统故障机理研究

项目编号: No.51465021

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 肖正明

作者单位: 昆明理工大学

项目金额: 48万元

中文摘要: 多级行星齿轮传动具有结构紧凑、传动比大、功率密度高等优点,在能源装备、盾构机、直升机、车辆传动等领域有广泛应用需求。本项目针对多级行星齿轮箱可靠性较低、故障机理不明等影响其工程应用的难点问题,运用集中参数法建立多级行星齿轮-转子-轴承耦合动力学模型,分析传动系统固有特性以及时变刚度、轮齿间隙、传动误差、变工况载荷等多源激励下的动态响应,基于有限元和动态子结构方法计算传动系统激励下的齿轮箱振动响应,揭示动态参数对系统振动的影响规律;分析行星轮系典型故障对动态参数的影响,建立含裂纹、断齿、剥落等故障的多级行星齿轮系统非线性动力学模型,基于分岔理论研究齿轮故障与系统振动响应的映射关系;结合理论研究,开展多级行星齿轮箱台架试验,从动力学角度阐明多级行星齿轮故障机理。本项目前期针对三级行星齿轮扭转动力学已取得一定的研究进展,进一步研究将为多级行星齿轮装置的可靠性设计与故障诊断提供理论依据和技术支持。

中文关键词: 多级行星齿轮;动力学特性;故障机理;多源激励

英文摘要: Multi-stage planetary gear trains(MPGT) are widely used in energy equipments, shield tunneling machines, helicopters, automobiles, etc., because of their advantages such as compactness, large reduction and high power density. According to the problem of low reliability and unclear fault mechanism of multi-stage planetary gearbox,the gear-rotor-bearing dynamic coupling model of MPGT is proposed by using lumped-parameter method in this project. The natural characteristics and dynamic responses of gears transmission system are analyzed under multi-source excitation including time-varying mesh stiffnesses, clearance, transmission error, variable load, etc. The vibration responses of the planetary gearbox are calculated based on the finite element and dynamic substructure method, and the influence rule of dynamic parameters on system vibration will be revealed. Based on the analysis of influence of the typical fault on dynamic parameters, the nonlinear dynamic model is developed for MPGT with tooth crack, fracture, spalling failure. The mapping relation between the gear failure and system vibration is researched based on the bifurcation theory. Through test-bed experiment and theoretical analysis, the fault mechanism of multi-stage planetary gearbox will be elucidated based on dynamic analysis. There are some research results on three-stage PGT torsional dynamics for pre-project, and the further research will provide theoretical basis and technical support for reliability design and fault diagnosis of multi-stage planetary gear sets.

英文关键词: Multi-stage planetary gears;Dynamic characteristics;Fault mechanism;Multi-source excitation

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