关键词： 平行轴齿轮箱   状态监测与故障诊断   非参数健康指标   单向分类器   稀疏表示  

摘要： 齿轮箱由于其传动扭矩大、承载能力强、结构稳定可靠等优点,被广泛应用于汽轮机、离心式压缩机等透平机械中,是电力、石化、能源及国防领域中关键的传动部件。但齿轮箱常在重载、高温、疲劳、高速和变速等复杂且恶劣的环境中工作,容易发生故障,导致不必要的停机,甚至引发严重的安全事故和人员伤亡。因此,针对齿轮箱开展状态监测与故障诊断,利用信号处理与机器学习的算法,实时监测齿轮箱的运行状态,并在检测到发生故障时及时停机检修,是保证设备正常运行的重要手段。为此,本文针对常转速下的平行轴齿轮箱开展状态监测与故障诊断算法研究,分别提出了用于齿轮箱状态监测的机理数据双驱动模型和用于齿轮箱故障诊断的稀疏表示最优原子构建方法,在公开数据集与自行进行的故障模拟实验中验证了方法的有效性。全文的主要内容如下: 1、分析了平行轴齿轮箱易发生的故障类型,分别针对齿轮故障与滚动轴承故障进行了典型故障的故障表现与信号特征的研究。同时自行进行了齿轮箱故障模拟实验,构建了多工况下的故障数据集用于后续算法效果的验证。 2、深入研究了非参数健康指标,在其基础上利用信号自我差分与多传感器数据融合,构建了基于数据融合的非参数健康指标,形成了基于齿轮箱故障机理的统计模型,能够仅利用各个工况下的正常齿轮箱振动数据实现较高准确率的状态监测任务。同时,基于单分类极限学习机理论,提取振动数据的梅尔频率倒谱系数与Gamma Tone倒谱系数作为信号特征,利用马顿核函数将特征映射到高维特征空间,构建出了适用于齿轮箱状态监测的数据驱动单分类模型。进一步地,通过对机理模型与数据驱动模型的深入研究,提出了能仅利用少工况正常齿轮箱的振动数据实现全工况下齿轮箱状态监测的机理数据双驱动模型,并通过PHM 2009公开数据集与自行进行的故障模拟实验,与传统的单分类模型进行对比,验证了本方法的优越性。 3、针对多重增强稀疏表示算法通过最大化相关系数寻找最优瞬态分量原子的方法在信噪比不够高时效果大打折扣的问题,利用具有多参数形状多变的非对称高斯啁啾模型构建小波原子,通过脉冲特征增强方法得到小波与原始振动信号的特征增强信号,通过最大化高斯条件下的循环平稳性检验指标,寻找与故障脉冲最为匹配的小波原子,成功分离出了故障瞬态分量。将所提出的方法与原始稀疏表示方法、解卷积方法、解调方法进行了效果对比,通过本文提出的两个量化指标与其他频域量化指标,验证了本方法的优越性。

关键词： 外啮合斜齿轮泵混合机   VOF   数值模拟   体积分数   混合均一  

摘要： 外啮合斜齿轮泵混合机(External Helical Gear Pump Mixer)具有工作效率高、体积小、维修简单、径向力大、可承受高工作压力和低流量脉动等优点,广泛应用于制造业。外啮合斜齿轮泵是EHGPM的主要组成部分,主要承担着输送胶液和水,同时促进胶液与水的充分混合的作用。它是EHGPM的动力源泉,也是影响胶液与水两相混合的重要因素,因此对外啮合斜齿轮泵内流场进行研究分析尤为重要。 首先,对外啮合斜齿轮泵混合机内流域进行一定简化并建立三维几何模型,使用批处理动网格法对其内部流场进行三维瞬态数值模拟。开展外啮合斜齿轮泵混合机胶/水两相混合过程现场试验,验证数值模拟结果的可靠性。 其次,基于VOF两相流模型研究胶/水两相的流动过程,进一步从水的体积分数、胶液速度和粘度三方面分析不同转速和进水速度对胶/水两相混合的影响。基于数值模拟结果优化混合机的操作参数,并对优化操作参数后的模型进行了数值模拟验证。研究结果表明高转速对于胶/水两相混合具有显著促进作用,同时较低的进水速度也可以促进混合槽内胶液和水混合。 最后,基于不同操作工况下对外啮合斜齿轮泵混合机的数值模拟研究,对EHGPM中的机械结构进行优化,提出一种交错式中心分流器模型,并对带有不同倾斜度交错式导流板下的模型进行了数值模拟;通过对水的体积分数和胶液粘度的研究分析,结果表明交错式中心分流器可以促进胶/水混合;进一步对EHGPM中的进水口结构进行了优化。设计三种不同进水口结构模型,并分别对三种进水口模型进行了数值模拟研究,研究结果表明双进水口可以提高贫水区内水的体积分数,促进胶/水混合。底部进水口对于混合槽内胶水混合没有显著影响,仅能降低混合槽前端富水区的水含量。带有前端盖的进水口可以显著降低富水区水的体积分数,提高贫水区水的体积分数并促进混合槽内整体胶/水混合,有利于提高胶/水混合均一性。

摘要： 说到财富，大家首先想到的可能是金钱。有些人认为，钱是万能的，可以带来幸福和满足；有些人觉得，真正的财富不在于拥有多少金钱，而在于内心的平和与快乐。哲人说：“金钱是一个债主，借你一刻钟的欢悦，让你付上一生的不幸。”普通人说：“金钱是饭，是衣，是车，是房。”你心中的“财富”是什么？是拥有无数的玩具和游戏机，还是与家人朋友共度的美好时光？是满满的书架和丰富的知识，还是纷繁世界不同的优秀文化？

关键词： 齿轮修形   传递误差   振动   偏载  

摘要： 由于斜齿圆柱齿轮构成的传动系统具有传动平稳性好、传动效率高及强大的负载能力,所以已经在乘用车辆等设备中得到了广泛的使用。其中新能源式的乘用汽车对变速器的齿轮提出更高的要求,主要是因为新能源汽车的电机可以在瞬间提供较大扭矩,这对齿轮的承载能力提出了更大的挑战。而且新能源汽车的驱动系统本身比传统燃油车更加平稳,这就要求变速器齿轮在减振方面需要更加严格。本文以某新能源汽车变速器系统中的一对齿轮为研究对象,Romax Design为研究平台,以改善传动系统中存在的偏载和振动为主要目的,探究齿轮修形理论在新能源汽车变速器系统中的应用和优化方案。本文主要研究内容如下: (1)运用Romax Designer软件构建传动装置模型,通过对齿轮微观修形理论进行研究,模拟分析传动装置动态接触下的传递误差、单位面积载荷、齿根应力、接触应力。经过研究发现传递误差波动幅值较大,面载、齿根应力、接触应力都存在过大及偏载的问题,这可能会导致齿面出现点蚀或剥落,并可能引起齿根裂纹。 (2)提出了一种以渐开线鼓形量、渐开线斜度、齿向鼓形量、齿向斜度进行综合修形的全新方法,运用相关修形方法的公式计算得到了一个修形参数范围,为后续工作和设计提供了计算依据。 (3)利用第二代遗传算法对修形参数范围进行迭代计算,将计算所得的最佳修形量应用于传动装置模型并进行计算分析。结果显示修形后的传递误差相比修形前降低了82.7%、单位面积载荷降低了7.2%、齿根应力降低了23%、接触应力降低了22.8%。此结果验证了综合修形方法的准确性,为后续齿轮修形方法的设计提供了帮助。 (4)搭建振动测试实验平台,在固定工况下对传动装置做振动位移以及振动速度测试实验,并对修形前后齿面的印痕进行观察,实验结果表明经过修形的齿轮明显改善了传动系统的振动及偏载问题,进而验证了仿真模型的准确性。

关键词： 齿轮侧隙   弦齿厚   公法线长度   齿轮M值   跨球距   跨棒距  

摘要： 渐开线圆柱齿轮是机械传动中最常见的零件。齿轮传动的正常工作及其良好的润滑条件，都需要合理的侧隙来保证，以避免因齿轮工作造成的温度、变形量等因素的变化而使配对啮合的齿轮之间的侧隙过小，导致两齿轮啮合异常，产生异常响声、齿面胶合，甚至发生卡滞造成轮齿折断等故障。齿轮副侧隙是制造齿轮过程中必须要控制的重要项目之一，文章介绍了生产实践中控制齿轮侧隙的几种方法，并对斜齿轮M值的计算进行了探讨。

关键词： 双渐开线齿轮   载荷分布   接触疲劳寿命   动态载荷   动力学模型  

摘要： 齿轮传动因其在机械传动中的高实用性和高普适性,广泛应用于风电、航空航天、港口等领域,而随着我国不断开辟高质量发展的新领域新赛道,新质生产力为推进中国式现代化提供持久动能,这就要求齿轮的前进方向需要向着高速、高精度方向发展。齿轮在实际啮合过程中的润滑与摩擦,影响着齿面的动态载荷分布,进而影响着齿轮的动力学特性和接触疲劳寿命。分阶式双渐开线齿轮是综合渐开线齿轮与双圆弧齿轮的一种新型齿轮,其在齿腰位置分阶,齿廓由齿顶渐开线、齿根渐开线和齿腰过渡曲线组成,具有较高的承载能力和优良的动力学性能。双渐开线齿轮的动力学特性研究日益丰富,但弹流润滑下的动力学特性以及考虑动态载荷的接触疲劳寿命研究较少。针对双渐开线齿轮的高性能需求,论文采用理论研究、仿真分析与实验研究相结合方式开展工作,主要研究工作及内容包括: (1)计算双渐开线齿轮不同啮合时刻的时变接触线长度,基于最小势能原理,建立双渐开线齿轮的载荷分布模型,建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合有限元法对齿面载荷分布进行研究,验证所建载荷分布模型的合理性;对双渐开线齿轮与普通渐开线斜齿轮的载荷分布进行了对比分析;研究输入扭矩、齿宽对双渐开线齿轮齿面载荷分布的影响。 (2)针对45号钢制双渐开线齿轮,对目前建立循环载荷下的45号钢制零件剩余强度退化模型进行总结,对其退化规律进行归纳分析;基于非线性疲劳累积损伤规律和载荷间相互作用效应,建立基于强度退化的多轴非线性疲劳累积损伤模型;结合45号钢制材料试验件的剩余强度试验数据和疲劳寿命试验数据,验证模型的准确性。 (3)基于“分段法”思想建立考虑摩擦的双渐开线齿轮动力学模型和考虑粗糙度的混合弹流润滑模型,在载荷分布模型的基础上,对双渐开线齿轮的齿面摩擦特性和动力学响应进行求解,并对其动态载荷分布及动力学特性进行分析;通过迭代方法求解齿面压力和剪切力;采用弹性半空间理论模拟齿轮次表面应力场,基于多轴疲劳准则分析接触疲劳寿命;研究不同因素对双渐开线齿轮动力学特性的影响,分析动态载荷等参数对双渐开线齿轮接触疲劳寿命的影响。 (4)在齿轮传动系统实验台上,研究不同工况下的双渐开线齿轮振动特性、温升与传动效率,并与同参数下的普通渐开线斜齿轮进行对比,验证前文理论研究的正确性。

关键词： 大齿轮   齿距偏差   在机测量   误差补偿  

摘要： 大齿轮作为大型设备的重要基础零部件,对其制造精度的要求逐步提高。由于大齿轮的自身特点,测量技术正限制着其制造技术的发展。齿距偏差是齿轮验收的必检项目之一,其精度直接影响着齿轮的传动。结合大齿轮齿距偏差测量所遇到的难点,根据齿距偏差相对法测量原理,研制出一台大齿轮齿距偏差在机测量仪,本文分析其测量精度并对影响测量精度较大的因素进行补偿。本文主要的研究内容如下: 系统分析在机测量系统的结构组成,研究双弹性测杆齿距偏差测量机构和往复运动机构。同时研究基于状态机模型的往复运动控制程序和基于VISA函数编写的数据采集与处理程序。最后研究采用双测头结构分别作为触发测头和测量测头方式应用圆周封闭原则的相对法齿距偏差测量原理。 对该在机测量系统影响测量精度的主要误差源进行研究,影响测量结果的主要误差源包括弹性测杆变形、测杆安装精度、齿轮安装偏心及控制系统采样误差。针对弹性测杆杠杆比误差,进行有限元仿真,通过优化铰链厚度减小其测量误差。针对安装误差的影响,进行弹性测杆对称安装误差和径向安装误差研究,根据触发角与测量角之间的关系分别建立相应的误差补偿模型并进行仿真验证。针对齿轮安装偏心进行研究,通过测量点位置变化进行理论分析,得到各测量点在坐标系中的位置变化关系并建立安装偏心补偿模型。针对控制系统采样误差,根据齿轮转速和采样频率对测量结果的影响,提出一种目标触发位置插值计算方法,提升测量精度。 完成在机测量系统弹性测杆的标定。进行多次大齿轮齿距偏差在机测量实验,与三坐标测量机测量结果进行对比分析,根据误差补偿模型对最终数据进行补偿,补偿后有效提升在机测量系统测量精度,其中单个齿距偏差最大误差为5.59μm,齿距累积偏差最大误差为15.42μm。