裂纹故障齿轮结构声振特性与模拟研究

将齿轮结构按照圆盘来等效处理,建立了故障齿轮的动力学分析模型与声学模型,分别分析了径向裂纹和弧向裂纹情况下齿轮体的振动辐射声压与声场指向特性,研究了裂纹对齿轮结构辐射声场特性的影响.综合利用ANSYS及MATLAB软件模拟计算得到裂纹齿轮结构在r=0.5 m球面上的声压指向分布及轴向声压分布,探讨了不同的裂纹类型和不同的裂纹大小对齿轮结构振动声特性的影响程度,通过对模拟研究结果的分析比较与评价来说明裂纹的位置、形状以及裂纹大小对齿轮结构声场特性的影响大小和影响规律,为采用声学方法来诊断齿轮故障奠定了基础.      

裂纹齿轮动力特性三维有限元模拟

建立了裂纹齿轮结构的三维有限元动力学模型,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的齿轮动力特性(固有频率、振型、动态应力等),并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟。指出裂纹尺寸和位置对于齿轮的固有频率和振型都有影响,当出现裂纹后固有频率发生下降,振型也发生变化,而裂纹位置对固有频率和振型影响大于裂纹尺寸的影响,当裂纹位于齿根处时齿轮固有频率下降较大,当裂纹位于齿顶处时齿轮固有频率下降较小,当裂纹出现后齿轮体的振型明显不同于无裂纹时的振型,在裂纹附近振动的振幅增大,并且齿轮体的动态应力也发生变化,与无裂纹的齿轮结构动力特性完全不同。      

弹性支撑条件下齿轮体的动力特性与啮合齿的动力响应

 结合齿轮的实际工作状况,建立了齿轮结构的弹性体动力学模型,进行了弹性动力学分析,得出了齿轮的弹性固有特性; 考虑了弹性支撑轴对齿轮体振动的影响,将其处理为弹性支撑,推导了弹性支撑弹簧刚度的表达式,并在弹性边界条件下,考虑了弹性圆盘对啮合齿响应的影响,建立了齿轮支撑系统的动力模型和轮齿响应计算模型,研究了齿轮支撑系统的固有特性,并与实验结果进行了对比验证; 求解了啮合齿的动力学响应,并进行了模拟仿真。研究表明采用弹性支撑条件进行齿轮支撑系统分析是真实、精确的,为齿轮弹性体的动载荷计算、动态设计和齿轮传动系统的精确动力学研究提供了一种分析方法。     

航空发动机齿轮副动态啮合过程与齿根裂纹扩展轨迹影响因素研究

为了研究航空发动机中附件齿轮箱中的一对齿轮副在动态啮合过程中的响应特性和齿根裂纹的扩展对齿轮系统的影响,利用有限元仿真分析法,基于显示动力学和线弹性断裂力学研究了该齿轮副动态啮合过程和齿根裂纹扩展轨迹影响因素。含有齿根裂纹的齿轮在啮合过程会产生额外的振动和噪声,会引起转速、啮合力、啮合频率、接触应力产生较大波动;齿根裂纹的扩展轨迹不同会导致齿轮系统两种典型的失效模式:轮缘断裂失效或齿断裂失效,发生轮缘断裂的可能性受到轮缘厚度与齿高比值和裂纹初始位置的影响,会随着该比值的减少和初始裂纹位置沿着齿根方向下移而增大,初始裂纹方向对裂纹扩展轨迹影响很小可以忽略。研究成果在工程中可以为齿轮结构的故障监测和结构设计提供参考。     

一种考虑齿轮副连续啮合过程的接触有限元动力学分析方法

在系统分析齿轮副连续啮合过程不同典型啮合状态特点的基础上,提出了一种可以考虑齿轮副连续啮合过程中啮合齿对变化,受载弹性变形以及滑动摩擦等影响因素的接触有限元分析方法.利用该方法对三种考虑不同因素的齿轮副模型进行了对比分析,并得到了各种因素对齿轮副连续啮合过程动态传递误差及动态接触力特性的影响.研究表明:该方法可以真实模拟齿轮副连续啮合过程中单、双齿对啮合及其交替啮合状态的动力学特性,包括滑动摩擦引起的节点冲击,受载弹性变形引起的啮入、啮出冲击以及时变刚度等激励特性;并可以得到啮入、啮出冲击的大小及作用时间,以及滑动摩擦和齿廓修形对动态啮合特性的影响;动态啮合特性分析结果与齿轮副连续啮合状态的特征完全吻合.      

航空发动机中央传动失效故障分析

某型航空发动机在使用时发生中央传动失效故障,故障首断件为中央传动从动锥齿轮,断口性质为高周疲劳。为剖析 齿轮啮合与故障之间的关系,建立了包含主、从动锥齿轮的有限元模型,采用准静态的方法将啮合过程分成50个加载步,分析啮 合过程中从动锥齿轮应力分布情况。结果表明：在啮合过程中从动锥齿轮最大应力位置不是裂纹起始部位。通过行波共振分析、 振动应力测试、加工缺陷影响分析及故障复现试验,确定故障发生的主要原因为从动锥齿轮4节径后行波共振和啮合状态较差, 而故障位置加工状态较差对故障的发生也起到促进作用。分析结果表明：齿轮节径型振动是航空发动机齿轮主要的破坏原因之 一,在工作转速范围内节径型前、后行波振动均有可能被激起;齿轮啮合状态异常会显著提高振动应力水平。采用调整齿数、齿 宽、辐板厚度等方式可将共振转速调出常用工作转速范围,避免齿轮发生振动疲劳破坏。     

变截面旋转裂纹梁横向振动特性的研究

对损伤结构进行动力特性分析是进行无损检测的重要基础,而对于旋转梁结构的裂纹损伤动力特性研究,却鲜有文献涉及。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,对其横向振动特性进行研究,提出一种求解变截面旋转裂纹梁横向振动特性的新方法。首先利用扭转弹簧模拟裂纹效应,建立含裂纹梁局部柔度模型,然后采用Frobenius方法求解振动方程,得到方程的级数解析解,并研究裂纹位置和深度对振动频率的影响,分析不同损伤程度、不同转速工况下梁的前两阶固有频率变化情况。结果表明:本文方法是有效的,转速和损伤程度的变化并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用机理,对于变截面梁同样成立。     

横向裂纹对转子动力特性的影响

选取转子支承系统为研究对象，利用传递矩阵方法计算转子系统的动力特性，目的在于探求裂纹对转子动力特性的影响。计算结果表明：裂纹对转子的各种动力特性都有影响，但影响很小。这对于发动机的正常工作是非常有利的。但从故障检测方面考虑，若想通过振动特性的变化来检测裂纹故障是相当困难的。     

裂纹叶片振动特性研究

建立应用传递矩阵法求解裂纹叶片振动特性的方法,以矩形截面裂纹悬臂梁为计算实例,分析了沿叶宽等深度扩展的横向裂纹位置、深度对其弯曲型振动特性的影响。选用方波函数模拟裂纹开合过程,理论分析了裂纹叶片的非线性振动特性。通过裂纹试件实验,对理论研究方法和结果做了验证。提出了叶片裂纹故障在线监测特征量的选择建议     

常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性

研究了常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性.考虑裂纹单元截面中性轴的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用有限元法建立了常开空心轴裂纹转子系统的动力学方程.采用谐波平衡法对方程进行求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和亚临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对该系统的临界转速的影响,表明位于跨中靠近惯性量较大圆盘的深裂纹对常开空心轴裂纹转子系统的影响大,临界转速下降快;计算了该系统在亚临界转速时的非线性振动响应,结果表明:亚临界转速下常开空心轴裂纹转子系统会发生超谐共振现象.所提出的空心轴裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导.      

Nonlinear dynamic modeling of a helicopter planetary gear train for carrier plate crack fault diagnosis

Planetary gear train plays a significant role in a helicopter operation and its health is of great importance for the flight safety of the helicopter. This paper investigates the effects of a planet carrier plate crack on the dynamic characteristics of a planetary gear train, and thus finds an effec-tive method to diagnose crack fault. A dynamic model is developed to analyze the torsional vibra-tion of a planetary gear train with a cracked planet carrier plate. The model takes into consideration nonlinear factors such as the time-varying meshing stiffness, gear backlash and viscous damping. Investigation of the deformation of the cracked carrier plate under static stress is performed in order to simulate the dynamic effects of the planet carrier crack on the angular displacement of car-rier posts. Validation shows good accuracy of the developed dynamic model in predicting dynamic characteristics of a planetary gear train. Fault features extracted from predictions of the model reveal the correspondence between vibration characteristic and the conditions (length and position) of a planet carrier crack clearly.     

基于循环平稳时间序列的齿轮裂纹故障早期检测

在分析齿轮振动信号的基础上 ,结合其具有循环平稳性的特点 ,提出了基于线性几乎周期时变 AR模型的故障早期检测方法 ,推导了基于高阶循环累积量的模型参数辨识算法 ,具有抑制加性平稳噪声的优点。最后在某型直升机齿轮裂纹故障早期检测中进行了应用 ,结果表明该方法具有很好的预测能力 ,利用模型残差的峭度能够检测和预报早期裂纹故障 ,同时为根据正常样本检测旋转机械故障提供了一种思路      

双跨转子系统裂纹-松动耦合故障的非线性响应

建立了带有裂纹-支承松动耦合故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的动力学模型, 并对系统裂纹、松动及其耦合故障对系统非线性动力学响应的影响进行了数值仿真研究.当只有裂纹故障时, 在亚临界转速和超临界转速区均有拟周期运动;当只有松动故障时, 在亚临界转速区为拟周期运动, 而在超临界转速区为混沌运动.当出现裂纹-松动耦合故障时, 松动故障的影响占主要地位, 同时有较大范围的周期3运动区间出现.随着裂纹深度的增加, 其影响作用逐渐增大.研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考.      

737-300型飞机起落架常见故障分析

针对737-300飞机起落架系统故障有增多的趋势,指出常见故障主要有起落架位置指示和影响警告异常故障、起落架控制手柄异常引发的故障、E11起落架逻辑架故障、起落架机器原因引发的故障等。分析后总结出发生故障较多的部件主要有起落架收上锁定锁传感器、放下锁定锁传感器、逻辑电路卡、起落架控制手柄等部件。在航线维护过程中,要注意根据实际的故障信息,认真分析判断故障原因,采取有针对性的措施。     

基于小波神经网络的齿轮系统故障诊断

通过对齿轮系统在不同的运转状态下不同的故障类型进行试验测试分析,获取了有关的测试信号,对振动特征信号进行了小波阈值去噪,采用离散小波变换(DWT)对去噪后的信号进行8层分解处理,对各层的小波系数进行了小波重构,得到8层细节信号和1层近似信号,并计算了各层信号的能量,得到了信号的能量分布特征.在此基础上把各层信号特征作为神经网络的输入,进行了网络的研究、分析处理和故障分类,并对小波神经网络方法与单独采用神经网络方法的故障诊断结果进行了比较评价.研究表明,去噪处理后的效果比没有去噪的信号特征更加明显,而采用小波神经网络诊断方法,对于齿轮无故障、齿根裂纹故障、分度圆裂纹故障和齿面磨损故障能够进行很好地区分与诊断,其诊断成功率均在95%以上,可对实际工程工作的齿轮系统进行故障诊断.      

非线性油膜支承裂纹转子振动特性分析

 以具有无限长轴承和无限短轴承支承的横向裂纹转子为研究对象,分析在非线性油膜力与横向裂纹联合作用时,Jeffcott转子的动力特性,并将其与刚性支承情况进行比较。结果表明轴承油膜力的存在对裂纹转子的振动影响较大,一般将降低转子的振动,这样势必增加转子裂纹故障诊断的难度。所以,在进行裂纹转子的故障诊断时,必须考虑到支承条件的影响,建立合理的动力学模型。     

航天器在轨故障特征数据生成方法

针对故障特征数据模拟生成算法与航天器的原理、模型关联度高,航天器状态描述模型不成熟、难以应用于工程实践的现状,根据反映航天器在轨故障的遥测数据表现形式和变化时间长短,将航天器故障进行分类。从遥测数据变化的角度,针对每类故障遥测数据的变化特点,研究了符合每类故障数据变化规律的故障特征数据生成算法及基于WEB服务的故障特征数据生成原型系统实现方式。生成的故障特征数据在故障检测、诊断与预警等方面得到成功应用,使航天器对象、状态演化规则和测控信息产生等故障输入数据更接近真实的动态特征。