关键词： 航空齿轮   滚动接触疲劳   服役工况   表面完整性   LP理论  

摘要： 【目的】接触疲劳作为高速、重载服役工况下齿轮的主要失效形式，成为限制航空装备朝着高可靠、长寿命、高功率密度方向发展的主要技术瓶颈，为探究齿轮接触疲劳寿命的定量预测，开展了相关工作。【方法】首先，制备了400余件9310航空齿轮钢滚动接触疲劳试件并进行了5 000余小时的接触疲劳试验，探究了接触应力、滑差率等服役工况及渗碳磨削、喷丸强化、微粒喷丸、滚磨光整等工艺创成的表面完整性状态对滚动接触疲劳寿命的影响；其次，采用多元线性回归方法对伦德伯格-帕尔姆格伦（Lundberg-Palmgren, LP）理论进行修正，形成了基于服役工况和表面完整性参数的LP滚动接触疲劳寿命预测公式。【结果】研究发现，当滑差率从10%提升至30%时，在接触应力为3 000 MPa时，接触疲劳寿命从2.27×10～6下降52.86%至1.07×10～6；当二次喷丸工艺的强化效果较好时，接触应力为3 000 MPa、滑差率为20%时的寿命从渗碳磨削状态的1.53×10～6提升111.8%至3.24×10～6；进一步，推导了考虑服役工况和表面完整性的LP接触疲劳寿命预测公式，疲劳寿命预测结果误差控制在2倍分散带以内，能够满足工程应用的要求。

关键词： 飞轮储能调相机   调制型行星磁齿轮调速器   行星轮   平衡位置   转矩密度  

摘要： 基于磁齿轮调速器的飞轮储能调相机是一种提升新能源电网暂态电压和频率支撑能力的新技术。相对于传统的调制型磁齿轮调速器，调制型行星磁齿轮调速器引入调制型行星轮，有利于提高飞轮与同步调相机之间的转矩传递能力。为解决行星轮平衡位置角的计算问题，本文提出了一种基于预设初值和动态步长梯度下降法的优化算法，结合有限元技术，为调制型行星磁齿轮调速器的电磁分析与设计提供了高效、准确的仿真工具。为进一步提高调制型行星磁齿轮调速器的转矩密度，本文对采用不同永磁体布置方式的内转子结构设计进行了优选，提出了一个基于Halbach阵列内转子结构的电磁设计方案。

关键词： 同步调相机—飞轮储能系统   磁齿轮调速器   转矩   效率   多目标优化  

摘要： 随着新能源占比的提高,电力系统的惯量支撑、电压支撑以及调频能力明显减弱。同步调相机—飞轮储能系统的研发,对于提高新能源场站的调节能力、增强新型电力系统的稳定性具有重要意义。简要阐述了用于同步调相机—飞轮储能系统的磁齿轮调速器的工作原理和不同的运行状态,着重对其电磁结构进行了优化设计。建立了磁齿轮调速器的电磁有限元模型,通过计算和分析空载漏磁系数选定了V形永磁体内转子的磁障形状,进而采用遗传算法,在一定的永磁体用量和定子槽面积条件下,对V形永磁体和定子槽的形状参数及调制环的极弧系数进行了多目标优化,并分析了目标性能与结构形状参数的相关性。优化设计和相关性分析结果从结构设计上为磁齿轮调速器转矩和效率性能的提升指明了方向。

关键词： 齿轮箱   功率正则化倒谱系数   声纹识别   声纹特征图谱   行星优化算法与K近邻算法   分类模型  

摘要： 风力机齿轮箱是风力发电系统的核心组件之一，承担着将风能转化为电能的重要任务。由于运行环境的恶劣以及长期使用造成的磨损，齿轮箱常常会发生各种故障，从而导致齿轮箱运行时会发出不同的噪声，严重影响风力机的正常运行和发电效率，因此，提出了一种基于功率正则化倒谱系数（PNCC）声纹特征提取技术，以及行星优化算法与K近邻算法（POA-KNN）模型的，风力机齿轮箱声纹识别故障诊断方法。首先，采用LMS噪声采集仪采集了6种不同状态下的风力机齿轮箱噪声数据；然后，使用了PNCC声纹特征提取的方法，提取了齿轮箱噪声信号的声纹图谱。在KNN的基础上加入行星优化算法（POA）优化了K值，提出了性能较高的POA-KNN分类模型；最后，根据6类不同状态下的齿轮数据集，采用对比试验和消融实验验证了模型性能。研究结果表明：POA-KNN模型对齿轮箱的PNCC声纹图分类准确率达到99.4%，比KNN基线模型提升1.9%。POA-KNN分类模型能很好地对数据集中不同状态下的齿轮箱进行分类，更高效地诊断风力机齿轮箱中存在的故障。

关键词： 故障诊断   时变滤波经验模态分解   残差信号   两轴信号   行星齿轮箱  

摘要： 时变滤波经验模态分解(Time Varying Filtering Based Empirical Mode Decomposition,TVF-EMD)是通过利用残差信号递归地将输入信号分解为若干个本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMFs)，信号中的故障分量通常是利用这些IMFs来识别的，但若完成整个分解过程，往往需要耗费大量时间。因此，通过监测分解过程中残差信号的时域指标来限制其迭代次数，进而利用残差信号替代IMFs识别故障分量，可在保证降噪效果的同时减少计算量；并且利用两轴信号进一步提高信号的信噪比。通过在不同转速和负载工况下与完整TVF-EMD、变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)等方法进行对比，证明所提方法在提升降噪性能的同时能够减少所需计算量。

关键词： 数字孪生   小波注意力网络   联合子域自适应   数据稀缺   齿轮箱故障诊断  

摘要： 针对仿真数据驱动的故障诊断方法存在动力学模型响应与实测数据分布差异较大、模型泛化性差的问题,提出了一种数字孪生驱动小波注意力迁移网络的齿轮箱故障诊断方法。首先,基于集中参数法建立了齿轮传动系统虚拟模型,实现物理实体的映射,并采用实测正常数据对虚拟模型中关键敏感参数进行优化修正,进而融合齿轮故障失效机理模型生成丰富的孪生故障数据集。其次,设计了离散小波注意力特征提取网络模型,该模型的设计融合了离散小波变换的多尺度信号分解和通道注意力机制动态聚焦强相关故障特征的特点,能在小波域层面上有效地提取孪生数据与实测数据的域不变故障特征。然后,考虑了孪生与实测数据的边缘分布及条件分布差异,结合最大均值差异和动态局部最大均值差异提出了联合子域自适应准则,匹配孪生与实测数据的联合分布差异,实现齿轮箱孪生模型向真实物理实体的迁移故障诊断。最后,在多级平行齿轮箱实验台上对所提方法进行试验验证,试验结果表明:所提方法在所有迁移任务下均获得了较优的诊断结果,平均分类精度可达98.10%,能够在含标签的高质量故障数据稀缺条件下有效地实现孪生数据向实测数据的迁移故障诊断。

关键词： 船用齿轮箱   LabVIEW   状态监测   故障诊断  

摘要： 本文针对船用减速齿轮箱在复杂工况下因润滑状态异常与摩擦学特性劣化引发的故障，开发了一套适用于工程应用的船舶动力设备综合监测故障诊断系统，并对齿轮箱进行试验验证，以优化故障诊断算法。基于瞬时转速与振动信号的非平稳特征，结合润滑状态参数，构建齿轮箱动态性能综合评估模型。采用LabVIEW与Visual C++混合编程架构开发实时监测系统，其中基于Visual C++的故障诊断算法通过动态链接库实现润滑劣化与齿面损伤的关联分析，LabVIEW平台集成信号采集、时频域分析与润滑状态可视化模块。实验结果表明：系统能有效识别由润滑失效引起的齿轮箱典型故障，故障特征提取具有较高的精度，诊断响应速度满足实时性要求。该系统为船舶动力装置润滑状态在线监测与预防性维护提供了可靠的技术手段，对延长关键摩擦副服役寿命具有工程应用价值。

关键词： 高速列车齿轮箱   CEEMDAN   CNN-LSTM   剩余寿命预测  

摘要： 齿轮箱是高速列车可靠运行的关键传动部件。为了掌握齿轮箱的运行状态,预测齿轮箱的剩余寿命,提出一种基于卷积神经网络结合长短期记忆网络（Convolutional Neural Network and Long Short-Term Memory network,CNN-LSTM）的高速列车齿轮箱剩余寿命预测方法。以齿轮箱中4个关键测点数据为研究对象,利用完全自适应噪声集合经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN）算法对实车采集的振动加速度数据进行降噪处理,以降噪后的振动加速度数据作为CNN-LSTM剩余寿命预测模型的输入,经过CNN层提取振动信号特征,LSTM层捕捉数据间依赖关系,输出剩余寿命预测值。对比本文方法与寿命预测领域成熟应用的TCN（Temporal Convolutional Networks,时间卷积网络）发现,有3个测点的RMSE下降了27.8%、33.3%、52.3%,MAE下降了31.0%、38.0%、56.3%,R2提升了4.1%、2.4%、1.9%。结果表明,本模型在预测齿轮箱剩余寿命方面具有良好的准确性和有效性,能够实现高速列车齿轮箱剩余寿命的精确预测。

关键词： 磁力密封   正交实验   齿轮减速器   结构设计  

摘要： 针对某型号齿轮减速器低速端滑动轴承骨架油封存在漏油问题，根据密封要求及工况条件，设计一种磁力密封装置代替原有的骨架油封。依据静磁学原理推导出磁力密封中磁力计算的数学模型，根据磁力密封端面理论建立端面比压的计算公式；结合有限元数值分析方法，研究密封装置的磁力和端面比压。分析各结构参数对密封性能的影响规律，运用正交试验法对关键结构参数进行优化。结果表明：永磁体高度对磁力的影响最大，其余依次为：密封间隙、永磁体宽度、动环宽度、动环高度、磁环高度；最优结构参数取值为：密封间隙0.1mm、磁环高度3.5mm、永磁体高度4.5mm、永磁体宽度8.0mm、动环高度10.4mm，动环宽度8.0mm，此时密封装置的磁力为267.40N、端面比压为0.414MPa，远高于优化前的磁力71.992N、端面比压0.042MPa。优化后满足设计要求。