含裂纹齿轮系统的非线性动力学分析

发布时间：2017-04-29 05:10

  本文关键词：含裂纹齿轮系统的非线性动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在各种机械设备中，齿轮作为传递运动和动力的零件其作用是十分重要的。齿轮具有传动平稳，效率高，使用的功率、速度和尺寸范围大等诸多优点。为了保证设备运转正常、实现更多的经济效益和社会效益，对齿轮的研究已经成为了减少设备故障的重要方面。 本论文主要是对含不同程度裂纹的齿轮进行分析，重点研究了两种基于相空间重构的非线性分析方法——递归图分析方法和递归定量分析方法。最后把递归图二维熵应用于含不同裂纹程度齿轮信号，结果表明，递归图二维熵可以作为一种新的递归定量分析指标，并为以后分析齿轮故障诊断提供了方法基础。 主要研究内容及结论如下： (1)研究了齿轮系统非线性动力学。介绍了递归图和递归定量分析的国内外主要研究现状，确定了该方法能够应用于含裂纹齿轮系统之中。 (2)引用了文献中的齿轮系统动力学模型。并且通过齿轮模型模拟出了不同裂纹程度齿轮的时域波形图。设计加工了不同裂纹程度的齿轮。对原有的齿轮箱故障实验台进行改进，并通过更换不同裂纹程度的齿轮，进行了故障诊断实验，测得了大量的数据，为进一步研究不同程度齿轮裂纹打下了基础。 (3)对不同结构类型的仿真信号、含不同裂纹程度齿轮系统仿真信号和实测齿轮信号这三种信号进行了递归图和递归定量分析。通过递归图分析得出，不同结构类型仿真信号的递归图纹理结构区别明显；含不同裂纹程度齿轮系统仿真信号和实测齿轮信号表现出的递归图的纹理有一定的规律。递归图能够对齿轮仿真信号的裂纹程度和实测齿轮信号的裂纹程度进行识别。通过递归定量分析表明：随着裂纹程度的变化，某些特征量在数值上体现出了一定的变化规律。 (4)找到了新的递归定量分析的指标——递归图二维熵。分别对以上三种信号进行了分析。研究表明，递归图二维熵在这三种信号的分析中可以作为一个新的指标，为解决问题提供了一种新思路。 最后，，对论文中所取得的结论进行了总结，并提出了下一步的研究方向与研究内容。
【关键词】：裂纹齿轮 非线性 动力学 递归图 递归定量分析 二维熵
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 齿轮系统非线性动力学研究的国内外研究现状11-16
• 1.2.1 在齿轮系统无故障情况下研究系统的稳定性和非线性等机理12-13
• 1.2.2 有限元法分析齿轮动力学行为13
• 1.2.3 齿轮副模型的制造误差对系统动力学响应的影响13-14
• 1.2.4 齿轮磨损故障的动力学行为14
• 1.2.5 含不同裂纹齿轮系统刚度的变化14
• 1.2.6 含裂纹、点蚀及断齿情况下的齿轮啮合刚度的变化14-16
• 1.3 递归图和递归定量分析研究现状16-18
• 1.3.1 国内对递归图和递归定量分析的研究16-17
• 1.3.2 国外对递归图和递归定量分析的研究17-18
• 1.4 研究内容与创新18-20
• 1.4.1 主要研究内容18-19
• 1.4.2 主要创新点19-20
• 第二章 含裂纹齿轮模型与实验系统设计20-32
• 2.1 含裂纹齿轮模型20-26
• 2.1.1 齿轮副扭转振动动力学模型21-22
• 2.1.2 单对齿轮啮合振动动力学模型22-26
• 2.2 齿轮裂纹设计和轴系设计26-29
• 2.2.1 齿轮裂纹设计26-28
• 2.2.2 轴系设计28-29
• 2.3 实验系统设计29-31
• 2.3.1 QPZZ-II 机械故障模拟实验平台29-30
• 2.3.2 在实验平台上模拟了齿轮齿根裂纹故障30
• 2.3.3 更换齿轮步骤30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 含裂纹齿轮系统的递归图分析32-51
• 3.1 递归图算法及其原理32-33
• 3.2 不同结构类型的递归图分析33-38
• 3.2.1 均匀结构33-34
• 3.2.2 周期结构34-35
• 3.2.3 漂移结构35-37
• 3.2.4 突变结构37-38
• 3.3 相空间嵌入维数对递归分析的影响38-43
• 3.3.1 嵌入维数的影响及其主要依据38-41
• 3.3.2 时间延迟的影响及其依据41-42
• 3.3.3 阈值的影响42-43
• 3.4 含裂纹齿轮系统仿真信号的递归图分析43-44
• 3.5 含裂纹齿轮系统实测信号的递归图分析44-50
• 3.5.1 无故障齿轮系统的递归图分析44-45
• 3.5.2 故障齿轮系统的递归图分析45-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 含裂纹齿轮系统的递归定量分析51-65
• 4.1 递归定量分析及其算法51-53
• 4.1.1 递归率51-52
• 4.1.2 确定率52
• 4.1.3 递归熵52
• 4.1.4 比率52-53
• 4.1.5 分层率53
• 4.1.6 平均对角线长度53
• 4.1.7 最大对角线长度53
• 4.1.8 分叉性53
• 4.2 不同结构类型的递归定量分析53-54
• 4.3 含裂纹齿轮系统仿真信号的递归定量分析54-55
• 4.4 含裂纹齿轮系统实测信号的递归定量分析55-64
• 4.4.1 含裂纹齿轮系统实测的信号的功率谱分析55-57
• 4.4.2 不同转速下含裂纹齿轮系统实测的信号的递归定量分析57-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 含裂纹齿轮递归图二维熵的分析65-71
• 5.1 熵及其性质65-67
• 5.2 不同结构类型的递归图二维熵分析67-68
• 5.3 含裂纹齿轮系统仿真信号的递归图二维熵分析68-69
• 5.4 含裂纹齿轮系统实测的信号的递归图二维熵分析69
• 5.5 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文79

【参考文献】

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本文编号：334269