关键词： 齿轮传动   迁移学习   深度残差网络   极限学习机   卷积神经网络   连续小波变换   模型预训练   模型迁移   小波时频图  

摘要： 在变工况以及混合故障情况下,采用传统的方法对风力发电机齿轮箱进行故障诊断时,存在诊断效果不佳、泛化能力差等问题,为此,提出了一种基于深度残差网络(ResNet)-极限学习机(ELM)和迁移学习(TL)的风力发电机齿轮箱故障诊断方法(TL-RN-ELM)。首先,分别介绍了连续小波变换(CWT)、卷神经网络(CNN)、深度残差网络(ResNet)、迁移学习(TL)、极限学习机(ELM)的原理;然后,基于上述原理,建立了TL-RN-ELM的风力发电机齿轮箱故障诊断模型(流程);最后,使用轴承数据集和齿轮箱数据集对上述方法进行了实验验证,即从美国凯斯西储大学(CWRU)轴承数据集和东南大学(SEU)齿轮箱数据集中进行了数据采集和处理,利用CWT将原始一维振动信号转换成了二维小波时频图像,使用CWRU轴承数据集对搭建的ResNet18模型进行了训练,生成了预训练模型;将预训练模型中的数据迁移至SEU齿轮箱数据集,微调了模块,提取了特征,并将其输入到ELM分类器,然后将分类结果与其他3类模型进行了对比分析。实验结果表明:对于从轴承到轴承、轴承到齿轮以及混合故障的小样本迁移故障诊断,TL-RN-ELM的平均准确率可达98.79%;与其他方法相比,该方法的平均准确率提升了4.73%~9.6%。研究结果表明:该方法具有良好的诊断效果和泛化能力。

关键词： 广义多项式混沌   最大熵   强度退化   可靠性评估   海上风机  

摘要： 针对结构可靠性评估中多维复杂非线性积分难以求解的问题,以海上风机的齿轮结构为例,提出一种基于广义多项式混沌和最大熵模型的解析计算方法。首先,考虑风载荷对齿轮的疲劳损伤,建立考虑齿轮结构强度退化的时变可靠性模型;其次,基于随机风载和齿轮材料结构的不确定性分布,通过广义多项式混沌展开将原复杂随机模型转化为正交多项式之和的代理模型;在此基础上,利用代理模型的展开系数和正交基函数得结构功能函数的前四阶原点矩,将其作为齿轮结构疲劳可靠性的约束条件,并基于最大熵原理得到齿轮疲劳失效的概率密度函数,采用直接积分的方法求结构可靠性指标;最后,以一台2MW海上风机的齿轮结构为例进行分析计算,验证所提方法的有效性。

关键词： 啮合冲击   齿根应力   有限元法   接触稳定性   变工况  

摘要： 为研究齿轮冲击、运行工况等因素对齿根应力及齿轮接触稳定性的影响,阐明各因素间关联关系,应用能量守恒定理计算了变工况下齿轮啮合冲击力,并用修正后的齿根应力计算法对不同转矩下齿根应力进行计算。并以一对机匣齿轮为例,应用有限元法建立真实工况下齿轮动态啮合模型,计算齿轮动态接触力,与理论值进行对比,验证其合理性。随后分别分析不同工况对齿轮啮合冲击力、齿根应力与接触稳定性的影响,最后综合分析了转速、转矩、啮合冲击力、齿根应力之间关联关系,阐明了齿轮接触稳定性随工况变化的规律,为齿轮系统最佳工况选取及接触稳定性优化提供参考。分析结果表明:转矩变化会引起接触力、齿根应力与啮合冲击共同变化,其对接触稳定性的影响大于转速。

关键词： 风力机   齿轮   变桨距角   多目标优化   响应面法  

摘要： 以新型变桨风力机为研究对象,针对其变桨调节机构的齿轮齿条构件,进行了轻量化的优化设计。通过有限元分析,得到不同桨距角下的叶片扭矩以及传动杆推力,并采用风洞试验方法对传动杆推力进行验证,确定齿轮优化的初始载荷条件。基于SolidWorks软件对齿轮齿条构件参数化建模,以质量、齿根弯曲强度、齿面接触强度为优化目标,模数、齿数、齿宽为设计变量,建立了响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化设计。优化结果表明:优化后齿轮齿条构件质量减轻43%,齿根弯曲应力增加23%,齿面接触应力减小17%,优化使该风力机变桨调节机构设计更为合理。

关键词： 齿面载荷   传动误差   综合修形   NW型行星齿轮  

摘要： 风电增速箱是风力发电系统的关键部件,其传动性能的优劣直接关系到风电系统能否可靠运行。NW型行星齿轮因其具有结构紧凑、承载能力及传递功率范围大等优点被应用于风电增速箱中,但NW型行星齿轮的齿面易发生载荷集中现象、传动误差较大,从而通常会使齿轮的使用寿命缩短并且使它们在风力发电机组中的广泛应用受到限制。齿轮修形常被用来改善齿轮传动性能,然而,传统修形技术尚无法有效地解决上述问题。为此,同时综合考虑了齿轮单位长度载荷以及传递误差对传动性能的影响,结合齿向修形和齿廓修形的优势,并基于接触斑点、啮合错位量等仿真分析结果,提出了一种兼顾降低传动误差与改善齿面集中载荷的齿轮综合修形方法。应用该方法对NW型行星齿轮内外啮合齿轮副分别进行修形,并对修形效果进行了仿真验证。分析结果表明,相比于未修形的状态,内外啮合齿轮副最大单位长度载荷分别降低了17.21%、24.16%;传动误差分别降低了22.64%、35.23%,可见综合修形同时改善了齿轮传动误差和齿面载荷分布,从而提高了风电增速箱中齿轮的传动性能和使用寿命,对风力发电的发展具有重要研究意义。

关键词： 谐波传动   装配误差   双圆弧齿形   有限元法   柔轮应力  

摘要： 由于谐波传动中刚轮、柔轮与波发生器装配时存在装配误差,可能会引起刚轮与柔轮齿廓干涉,从而影响柔轮齿面与齿根应力,以无公切线双圆弧谐波齿轮为研究对象,基于改进运动学法设计齿形,针对各种装配误差设计实验,并通过ABAQUS建立有限元装配模型进行计算,研究装配误差对柔轮应力的影响规律。结果表明,长轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差对柔轮齿上应力影响最大,短轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差次之,凸轮轴向安装误差影响最小;短轴方向刚柔轮中心距误差与长轴方向凸轮径向误差对柔轮杯底应力有较小影响;其余因素对杯底应力的影响极小。为谐波减速器的误差控制与补偿提供一定参考。

关键词： 故障诊断   风电机组   行星齿轮箱   残差学习   多尺度学习   多尺度动态自适应卷积神经网络  

摘要： 针对风电机组行星齿轮箱振动激励源多、故障诊断精度低的问题,提出了一种基于多通道融合多尺度动态自适应残差学习(MC-MSDARL)的行星齿轮箱故障诊断方法。首先,采用多尺度动态自适应卷积神经网络(MSDAC)对不同尺度卷积核权重进行了动态调整,自适应提取了单通道数据的局部和全局特征;其次,通过将MSDAC与残差学习结合,提升了模型的学习能力;最后,采用MC-MSDAR将多通道数据的多尺度特征进行了融合,输入到SoftMax层,实现了故障识别与分类。研究结果表明:基于MC-MSDAR的方法进行行星齿轮箱故障诊断的准确率为97%,验证了该方法的有效性;通过与其他深度学习方法进行对比,该方法具有更好的泛化能力。

关键词： 齿顶倒棱   FAGOR CNC8070-OL   FGUIM   二次开发  

摘要： 在研究了螺旋锥齿轮齿顶倒棱的理论基础上,以FAGOR CNC 8070-OL数控系统为开发对象,介绍了螺旋锥齿轮齿顶倒棱软件的开发流程。软件的人机界面设计使用***跨平台开发,参数计算逻辑程序使用C++语言编写,软件所需的各项参数以ACCESS 2010作为数据支撑,利用发格系统自带的FGUIM开发软件作为第三方软件与数控系统的连接,开发了螺旋锥齿轮齿顶倒棱软件,并嵌入FAGOR 8070-OL数控系统中,实现了参数计算、NC数控代码生成和数据库管理等功能。

关键词： 风力发电机   机电耦合   动力学响应   刚柔耦合  

摘要： 考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合相位以及轴、壳体的柔性等因素,同时计入永磁体的磁饱和特性、电磁力波以及空间谐波等非线性因素,该文构建了8 MW风力发电机一体化齿轮-发电机系统的机电-刚柔耦合动力学模型,并通过实验验证了建模方法的准确性,分析了永磁发电机电磁激励对齿轮-发电机系统机电耦合动态特性的影响,同时采用升速分析法,结合模态振型矢量分布,讨论从切入风速至额定风速运行过程中的潜在共振转速和危险构件。研究发现:对于一体化齿轮-发电机系统而言,电磁力是系统主要的内激励,对齿轮系统振动特性影响显著。同时,机械系统与电气系统存在强耦合特性,机械系统振动信号中存在电磁激励频率,发电机电磁转矩与电流信号中出现了齿轮系统的各级啮合频率。系统共振的产生条件为激励频率接近某阶固有频率,同时激励源和该阶模态下的主要振动构件处于传动链中的同一位置。

关键词： 轴间差速器   锥齿轮   齿隙控制   疲劳寿命   台架试验  

摘要： 锥齿轮作为轴间差速器的关键核心零件,其可靠性直接影响着驱动桥之间的差速功能和传动能力。研究从齿隙控制角度改善锥齿轮疲劳寿命,解决了实际使用过程中锥齿轮齿隙选取盲目的问题。采用模块化设计思想,建立了齿隙控制尺寸链,提出在输入轴上增加台阶,精确控制锥齿轮齿隙的方法;通过轴间差速器锥齿轮疲劳寿命台架试验装置,探索出轴间差速器锥齿轮总齿隙的最佳控制范围为[0.30,0.60]mm;得知齿隙变化对锥齿轮齿面接触与齿根弯曲疲劳寿命影响明显,而合理的齿隙控制可使齿面接触疲劳寿命提升29%。研究为提高轴间差速器锥齿轮的疲劳寿命提供了理论和实验依据。