关键词： 弧齿锥齿轮   温锻成形   数值模拟   工艺参数优化   温锻试验  

摘要： 【目的】弧齿锥齿轮因其诸多优势而被广泛应用于航空航天、汽车、舰船、工程与港口机械等传动领域。鉴于铣齿加工弧齿锥齿轮承载能力受限、热锻（≥1 000℃）成形精度低，对温锻（≤750℃）成形技术展开研究。【方法】基于轮齿齿面构建模具齿面模型，分析了锻打速度、模具预热温度、摩擦因数、工件加热温度等工艺参数对温锻成形应力应变的影响规律；结合正交试验，完成了工艺参数优化；采用最佳工艺参数组合，开展了温锻成形试验。【结论】齿轮检测结果证明了温锻成形的精确性。研究成果为弧齿锥齿轮大轮的抗疲劳制造提供了理论支撑。

关键词： 故障诊断   平方幅值解调   频率解调   离散频谱校正   调制分离  

摘要： 为了提高齿轮故障振动调制信号的特征频率调幅与调频信号分离效果，开发出了一种基于信赖阈反射最小二乘法的齿轮故障振动信号调幅调频方法，可以准确区分调幅与调频成分，获得不同齿轮故障下的调幅与调频分布结果。FN1与FN2之间存在一定的耦合性，可单独分析两组调制边带的变化特征。研究结果表明：轻微不对中+断齿故障完成调幅与调频参数分离后，形成较大的测试幅值时，跟重构幅值间形成了较低的误差，当测试幅值较小的情况下跟重构幅值之间形成了58.32%的最大误差。轻微不对中故障重构调制信号的部分频率幅值和初始信号幅值，误差达到15.41%。两种故障调幅的第一阶成分达到了相近的幅值，故障存在明显一阶转速波动。该研究适用于其它的机械传动系统，具有很好的推广价值。

关键词： 快速建模   计算机视觉   特征提取   边缘识别   齿轮结构  

摘要： 针对渐开线齿轮建模难度大，时间成本高等问题，研究实用性好、准确率高、建模速度快的算法，具有重要的工程应用意义。本文基于计算机视觉中的图像增强和边缘识别技术，提出标准直齿圆柱齿轮的轮廓特征提取方法和建模流程，仅需提供清晰的齿轮图片，即可实现复杂齿轮结构的快速建模。基于Abaqus软件提供的Python二次开发接口，对基于计算机视觉技术建立的齿轮模型与传统CAD软件建立的相同齿轮模型进行相同工况、相同网格尺寸的有限元分析，结果表明：基于计算机视觉技术的齿轮结构建模时间为10.25s，其中，调用摄像头获取画面、获取轮廓特征和建立模型的用时分别为5.084s、0.028s和5.138s。效率比传统CAD软件提高几十倍；与传统建模软件建立的几何模型相比，此方法建立齿轮几何模型的内孔直径、齿根圆直径、齿顶圆直径等关键特征的误差均小于3%；有限元分析结果绝对误差小于12%。基于计算机视觉的复杂结构建模技术，具有速度快、效率高、准确度高、人力成本低等优点，研究成果可推广应用于其他复杂结构的快速设计及建模，具有较好的应用前景。

关键词： 故障诊断   数据级融合   短时傅里叶变换   余弦相似度   可变形卷积   Transformer  

摘要： 针对单通道的振动信号在全面表征齿轮箱故障特征方面存在局限性的问题，本文提出了一种将多通道的振动信号变换为时频图后经过加权融合成RGB图像，再输入到诊断模型中的数据级融合方法MFTDCN。该方法能够有效整合多个通道的信息，获得比单个振动信号更丰富的特征。首先对多通道振动信号进行主成分分析（PCA）处理，降维成三个分量，用短时傅里叶变换（STFT）将三个分量变换为三个时频图像，然后用Hoyer稀疏度对余弦相似度进行改进，将其应用于基于稀疏性和相似度的权重计算，利用得到的权重对三个时频图像进行加权处理，从而融合成RGB图像，作为诊断模型的输入。诊断模型部分为可变形卷积（DCN）与Transformer相结合，提取特征后进行分类。在东南大学的齿轮箱数据集和北京工业大学与北京交通大学联合发布的数据集上进行了相关实验验证，结果证实了该方法的有效性和可靠性。

关键词： 面齿轮   齿面磨损   啮合刚度   动态响应  

摘要： 为揭示面齿轮副齿面磨损对蜗杆-面齿轮复合轮系动态行为的影响规律，提出了一种结合Archard磨损模型的齿面接触分析方法，定量计算了面齿轮副接触区域的磨损量；通过有限元法对磨损后的面齿轮副五齿模型进行承载接触分析，分析了面齿轮副不同齿面磨损量对时变啮合刚度的影响。引入齿面磨损误差，采用集中参数法构建蜗杆-面齿轮复合轮系动力学模型，求解了复合轮系系统在不同磨损量和转速条件下的响应信号。对比动态信号的时域、频域和包络谱特征，并结合特征指标量化信号特征，总结了面齿轮副齿面磨损量和转速对系统动态响应的影响规律。结果表明：面齿轮副时变啮合刚度幅值随齿面磨损量增大而减小；由于多种调制源的相互作用，系统信号的特征频率及其不对称边频带随面齿轮齿面磨损量的增大而增长，该现象在高速系统尤为明显；圆柱齿轮x方向加速度信号对面齿轮副齿面磨损量更敏感，其峰峰值和均方根同磨损量呈线性增长关系，且在高转速工况更明显，而峭度因子与磨损量呈指数衰减关系，该现象在低速工况变化更显著。研究结果为核电机械齿轮系统的维护与信号检测提供了理论基础和实践指导。

关键词： 故障诊断   瞬时频率估计   扩展卡尔曼滤波   非平稳信号   阶次分析  

摘要： 提出一种基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的多项式相位信号瞬时频率估计方法，并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。不同于传统基于相位微分或时频表示等方法，所提方法将多项式相位信号视为一种状态空间模型，其状态向量由信号的多项式相位系数组成，从而将对局部多项式相位系数的估计转化为对状态空间模型的求解过程。为确定瞬时相位，采用EKF求解状态空间模型，并结合多项式回归和O′Shea细化策略对结果进行改进。最后利用从故障信号中提取得到的瞬时相位进行角度域重采样和阶次分析，从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真结果表明，所提方法可以准确提取瞬时频率，且具有较好的抗噪性。通过行星齿轮箱故障模拟实验验证了所提方法的有效性。

关键词： 机械传动   小波阈值去噪   同步压缩小波变换   ResNet50模型   轻量化改进   多头注意力机制   迁移学习模型  

摘要： 在传统齿轮箱故障诊断过程中，因故障样本缺稀会导致模型的故障诊断精度降低。针对这一问题，提出了一种基于同步压缩小波变换（SWT）和ResNet50-TL-S模型的小样本齿轮箱故障诊断方法（模型）。首先，使用小波阈值去噪算法对采集到的齿轮箱振动信号进行了阈值化去噪处理，消除了背景噪声；然后，使用同步压缩小波变换算法，对去噪后的振动信号进行了时频分析和时频变换，将一维去噪信号转变为二维时频图，用于构建故障诊断模型的训练样本；接着，对预训练ResNet50模型进行微调，实现了迁移学习（TL），并对迁移学习模型进行了轻量化改进，同时在模型内部嵌入了多头注意力机制，用于改善模型对不同特征权重的分配；最后，使用2组齿轮副数据和2组轴承数据，对基于SWT和ResNet50-TL-S模型的小样本齿轮箱故障诊断方法的有效性进行了验证。研究结果表明：基于SWT和ResNet50-TL-S模型的小样本齿轮箱故障诊断方法在无负荷工况下的单齿轮副故障诊断中，模型分类精度高达到99.45%，模型训练时间为644 s；在齿轮副和轴承多重故障诊断中，模型分类精度为99.59%，模型训练时间为643 s；在有负荷工况的轴承和齿轮副多重故障诊断中，模型分类精度为98.12%，模型训练时间为646 s。这表明基于SWT和ResNet50-TL-S模型的齿轮箱故障诊断方法具备较高的齿轮箱故障诊断精度和较短的模型训练时间。

关键词： 机械传动系统   声音信号   模拟仿真信号构建   鹦鹉优化变分模态分解   双向长短期记忆网络   声音故障诊断识别  

摘要： 传动齿轮箱在运转过程中时常伴随着大量的噪声，影响基于声音信号的故障诊断的准确度，因此，针对齿轮箱点蚀声音信号故障特征难以提取、故障准确精度低的问题，提出了一种基于鹦鹉优化变分模态分解算法(PO-VMD)-双向长短期记忆网络(BiLSTM)和声音信号的传动齿轮箱点蚀故障诊断方法。首先，分析了鹦鹉优化变分模态分解算法和双向长短期记忆网络，利用声压传感器采集了齿轮箱的声音信号；然后，基于VMD的参数需要优化的问题，采用PO优化算法对关键参数进行了寻优，利用PO-VMD优化算法提取了声音信号中的时域特征，建立了声音信号的特征向量；最后，利用BiLSTM网络模型对故障特征进行了训练测试，实现了齿轮箱的故障识别目的，并利用中心距91.5 mm齿轮疲劳实验台，采集了不同程度的点蚀故障的声音信号，对基于PO-VMD-BiLSTM和声音信号的传动齿轮箱点蚀故障诊断方法的有效性进行了验证。研究表明：基于PO-VMD-BiLSTM的传动齿轮箱不同程度的点蚀故障的声音故障诊断识别的准确度从60.75%提升到了97.75%，识别准确度提升了约61.67%。该方法可以有效提高基于声音信号的传动齿轮箱点蚀故障诊断的准确度。

关键词： 力学超材料   行星齿轮   非线性动力学   吸引域  

摘要： 力学可调超材料由于出色的调控性能与重大的应用前景受到广泛关注，本文设计了一种基于行星齿轮的连续稳态可调力学超材料。首先，研究了超材料优异的力学可调特性，表明所设计的超材料具有广泛的可编程刚度和显著可调的带隙，并分析可调性与结构参数的配置关系。然后，建立行星齿轮超材料的刚柔耦合非线性动力学模型，通过数值模拟研究行星齿轮超材料在动态调节过程中的动力学特性，探讨耦合激励下系统动力学参数对其分岔特性和稳定性的影响，揭示系统振动响应在耦合参数平面上的分布特征。此外，使用改进的非迭代胞映射方法来分析系统的振动响应对初始条件的依赖性。结果表明，行星齿轮超材料具有广泛的刚度可调谐性和显著可变的带隙间隔，在内外激励作用下，系统表现出丰富的动力学特性，柔性结构的动力特性主要受结构参数的影响，刚性齿轮的动力学特性受多组耦合参数和初始条件的影响。