关键词： 齿轮  

摘要： 提到教师队伍建设，人们首先想到的往往是教师的专业成长。从新手教师成长为专家型教师，不仅需要教师个人的不懈努力，更需要学校为教师积极创造专业发展的平台，为教师的成长指点迷津。以语文学科为例，学校和学科组要找准新教师的发展瓶颈，用链条带动齿轮，促进教师的主动成长。抓好语文教师队伍教学能力提升。语文学科负责人和级部主任要依照学校常规教学管理制度，扎实落实上课、备课、听评课等，以日常教学业务为抓手，摸清教师的专业基础，列出亮点清单和问题清单，及时向教师反馈。对教师的备课、上课、作业批改、培优补差、教学反思等教学活动进行跟踪指导，切实推动教师深入研读课标、理解教材、掌握学情、充分备课。同时，学校应制定科学的教师管理制度，激发教师的教学积极性，增强教师的责任感和职业认同感。

关键词： 点蚀   齿轮   动力学建模   小波分析   GA-BP神经网络  

摘要： 齿轮是机械装备的核心基础部件,其健康状态直接影响机械装备的服役性能和可靠性。齿轮长期工作在复杂、恶劣的环境中,容易发生故障,这会导致机械装备失效,甚至造成人员伤亡。点蚀是齿轮常见的失效形式之一,实现对齿轮点蚀状态的监测具有重要意义。论文以识别齿轮不同程度点蚀为目标,构建了齿轮点蚀状态下的动力学模型,分析了点蚀齿轮的振动特性,并依托改建的齿轮试验台,实现了基于箱体振动信号和主轴角加速度信号的齿轮不同程度点蚀辨识。论文主要研究工作是:1、齿轮点蚀状态下的动力学建模。分析了齿轮的啮合过程和激励特征,建立了齿轮点蚀状态下的动力学模型。首先,结合齿轮的啮合过程,分析得到齿轮传动过程具有周期性,总是单齿啮合和双齿啮合交替出现,齿轮系统最主要的刚度激励也随齿轮啮合呈现周期性变化;其次,采用能量法计算了齿轮正常、点蚀状态下的时变啮合刚度;在此基础上,以时变啮合刚度的变化描述齿轮点蚀状态的变化,建立了齿轮传动系统点蚀状态下的6自由度动力学模型。2、振动信号采集与特征提取。结合前期齿轮试验台的运行情况,对试验台齿轮箱进行了改进设计,实现了箱体振动信号和主轴角加速度信号的同时采集,并进行了特征提取和对比分析。首先,采用零均值归一化和小波软阈值降噪方法,对原始振动信号进行了预处理,减少了干扰信息,并提高了信号的稳定性;其次,对振动信号进行了时域分析和频谱分析,结果显示:主轴角加速度信号对齿轮点蚀程度变化更为敏感,频谱图中无关频率更少,信号特征随点蚀变化更明显;在此基础上,采用小波包5层分解,分别对四种不同点蚀程度齿轮的箱体振动信号和主轴角加速度信号进行了小波包能量比和小波包能量熵特征提取,并通过对比分析确定了4个区分度较大的能量节点作为不同程度点蚀的识别特征向量。3、基于振动信号的齿轮点蚀辨识。结合所提取的基于箱体振动信号和主轴角加速度信号的小波包能量比特征,采用基于遗传优化算法的BP神经网络模型,实现了齿轮不同程度点蚀的分类识别。结果表明:(1)结合小波包能量比,采用基于遗传优化算法的BP神经网络模型,可以实现对齿轮不同程度点蚀的识别;(2)就点蚀而言,基于主轴角加速度信号的检测方法更为灵敏,对齿轮不同点蚀类型的识别率达95%,远高于同工况下基于箱体振动信号的检测方法识别率。因此,本文试验条件下,基于主轴角加速度信号的监测方法对齿轮点蚀状态变化更灵敏。

关键词： 剖分式等基圆锥齿轮   立铣刀   侧铣   刀位求解   数控加工  

摘要： 特大型锥齿轮作为大型重点装备的核心零部件,是先进制造业的高端领域。其制造水平受制造设备与加工方法的制约,国内对特大型锥齿轮的加工仍然大多采用整体式成形法加工的方式。这种方法存在加工制造难度大、生产所依赖的大型制造设备昂贵,生产加工周期长等一系列问题,严重制约了我国特大型锥齿轮的发展。等基圆锥齿轮作为一种拥有中国专利的新型曲线齿锥齿轮,其承载能力强、抗冲击性能好,其齿线变化规律比较适合采用剖分加工的方式。传统的加工方式是采用指状铣刀对齿面进行成形加工,但对铣刀轴截形精度要求较高,加工后的齿面精度很难保证。本文以剖分式等基圆锥齿轮为研究对象,以等基圆锥齿轮齿面成形理论与立铣刀侧铣数控加工方法为基础,系统研究采用立铣刀侧铣加工剖分式等基圆锥齿轮齿面的关键技术问题,具体研究内容如下: 等基圆锥齿轮剖分铣齿的可行性分析。以等基圆锥齿轮齿面成形原理为基础,推导剖分点在轮坯坐标系下的计算方程,计算齿面点坐标,从而构建精确的等基圆锥齿轮凹、凸齿面模型,并通过所求得的剖分点三维坐标构造剖分平面,建立精确的等基圆锥齿轮剖分体模型。 剖分式等基圆锥齿轮侧铣加工刀具位姿求解。分析立铣刀侧铣加工等基圆锥齿轮齿面机理,进行齿面侧铣加工走刀路径规划,构建等基圆锥齿轮轮坯坐标系,推导刀位变量与机床回转轴角度之间的关系方程,求解刀心坐标与刀轴矢量数据,并且对立铣刀的加工行距与步距进行公式推导,为后续的数控加工后置处理提供基础。 剖分式等基圆锥齿轮齿面侧铣数控加工后置处理。基于等基圆锥齿轮齿面侧铣数控加工的理论研究,建立剖分切齿的加工坐标系,确定刀位变量的表达方法,推导刀位变量与机床移动距离、回转角度之间的内在关系。在此基础上,建立包含机床、刀具、轮坯等坐标系的综合加工坐标系,推导机床水平运动、回转运动的数学显函数表达式,完成侧铣加工等基圆锥齿面的数控运动计算。 剖分式等基圆锥齿轮齿面侧铣仿真加工及实验研究。通过MATLAB软件编程,将生成的齿面离散点导入UG,使瞬时离散点构成齿面的接触线族,利用UG软件对等基圆锥齿轮建模。同时,通过MATLAB软件对轮坯坐标系的刀位及齿面相对位置进行验证,将切齿加工中的每一个瞬时刀心坐标和刀轴矢量归纳整理为VERICUT软件可以识别的加工程序代码,并使用该软件进行等基圆锥齿轮剖分体侧铣刀成形法数控加工的仿真验证。并基于仿真实验结果,进行五轴加工实验和三坐标检测,实验结果表明立铣刀侧铣剖分式等基圆锥齿轮加工理论和之对应的数控加工方法的可行性与正确性。

关键词： 基体裂纹   时变啮合刚度   速度波动   动态传动误差   故障诊断  

摘要： 齿轮箱是最常用的传动系统,可以提供从一个旋转动力源到另一个设备的转速和扭矩。但由于齿轮箱工作环境恶劣,可能会发生各种故障,如齿根裂纹、齿面磨损、齿面点蚀等。齿轮箱故障会对整个系统造成很大的损害,且齿根裂纹在齿轮箱故障中占有很大的比例。因此,掌握齿根裂纹的形成机理、预防措施、扩展路径以及了解裂纹对齿轮副动态特性的影响对齿轮箱早期故障检测、识别和诊断具有重大的工程意义。齿轮副的时变啮合刚度是齿轮传动的主要内部激励之一。准确的计算齿轮副的时变啮合刚度并建立较为符合实际运转工况的动力学模型是准确分析动力学特性的关键,是对齿轮传动系统进行减振降噪以及故障诊断的前提。全文针对含裂纹齿轮副的时变啮合刚度及其动态特性展开研究。主要研究内容如下:(1)基于势能法原理对具有精确齿廓曲线的标准直齿圆柱齿轮副啮合刚度的计算公式进行推导;分别分析了主、从动轮的五种刚度在齿轮啮合过程中的变化规律,单、双齿啮合时齿轮副啮合刚度的关系;给出不同负载转矩下局部接触刚度、单齿及综合啮合刚度的对比分析。(2)考虑到裂纹缺陷对齿轮刚度的影响,首先使用势能法原理对含齿根裂纹缺陷齿轮的基体刚度和轮齿刚度进行计算和分析;其次,针对裂纹扩展到齿轮基体的情况,基于势能法原理和有限元理论搭建了一个用于计算含基体裂纹缺陷齿轮副啮合刚度的解析-有限元框架,并对含基体裂纹缺陷齿轮副的单齿及综合啮合刚度进行计算和分析;最后,利用ANSYS的APDL建立具有精确齿廓曲线的标准圆柱直齿轮模型,并用有限元结果与文中方法进行对比,证明文中方法的可行性。(3)首先,根据齿轮箱的实际应用场景,考虑到发动机输出转速呈周期性变化的特性,建立了以波动转速为外部激励源,以轴和轴承的耦合刚度为支撑刚度的含速度波动的五自由度动力学模型;其次,并给出该模型所对应的非线性微分方程的数值求解方法;最后,对动力学模型中的关键参数进行计算。(4)分别将健康齿轮副以及含基体裂纹齿轮副的时变啮合刚度引入上述动力学模型,分析了耦合支撑刚度引起的动态传动误差特性和基体裂纹引起的动态传动误差特性、动态啮合力特性和齿面摩擦力特性,结果表明:轴的振动会使动态传动误差的振荡幅值增大从而降低齿轮传动的稳定性;裂纹轮齿参与啮合时,动态传动误差特性以及动态啮合力特性每隔一个转动周期便会出现一次冲击,且该冲击随着裂纹长度的增加而加剧;基体裂纹会使动态传动误差在其啮合频率及其谐波处出现边频带,边频带会随裂纹长度的增加变得明显;动态传动误差的残差信号更有利于裂纹故障诊断;当主动轮转速存在波动且转速过高时,对动态传动误差的频域信号进行对数处理进行故障诊断更为容易。本文研究结果对齿轮的强度设计以及齿轮箱故障诊断具有一定的指导意义。

关键词： 齿轮   有限元法   温度效应   疲劳寿命预测  

摘要： 航空发动机附件传动齿轮在高温和高负荷的工作环境下运行,其温度场的分布对自身的性能、可靠性和寿命存在直接影响。齿轮受热会导致体积膨胀,引起齿轮热变形,使得齿间间隙减小、接触应力增大,从而引发齿轮性能下降,甚至直接导致齿轮失效。研究航空发动机传动齿轮本体温度场对于减少齿轮胶合、磨损和延长齿轮的使用寿命至关重要,不仅可以指导齿轮的设计和制造过程,还可以优化润滑系统的设计,以降低摩擦热量的产生和温度的上升。通过这些措施,可以提高齿轮的可靠性、传动性能和使用寿命,从而提升整个航空发动机传动系统的性能和效率。针对以上问题,本文以XXS发动机附件传动中的某圆柱齿轮副为研究对象,构建了一个考虑温度效应的齿轮疲劳寿命预测模型,其主要研究内容为:(1)根据传热学与摩擦学原理,研究了传动齿轮的边界条件和接触特性,对传动齿轮进行了本体热分析;以附件传动齿轮为例,计算了传动齿轮的导热系数、齿轮齿面换热系数、端面换热系数和摩擦热。(2)通过有限元仿真软件ANSYS对传动齿轮进行仿真分析,首先对齿轮的有限元模型进行材料参数设置、网格划分等初始设置;然后加载边界条件和载荷,计算传动齿轮的本体温度场;把传动齿轮的本体温度场导入到静态结构中,进行了传动齿轮的应力应变分析;最后通过ANSYS中的n Code模块对传动齿轮寿命进行了分析。(3)根据传动齿轮有限元分析结果,分析了温升与齿轮疲劳的关系,研究了齿轮寿命的温度影响因素;并基于非线性累积损伤模型提出了考虑温度损伤缩放因子的齿轮疲劳寿命预测方法,建立了考虑温度效应的齿轮疲劳寿命预测模型。

关键词： 全齿轮机械手   多源误差模型   夹持力估计   粒子群算法   蚁狮算法  

摘要： 涉核作业机器人作为满足高放雾酸环境应用的机器人技术,其先进程度体现了核工业自动化水平的程度。全齿轮机械手作为一种电机驱动集成外置的涉核作业机器人,其刚性好且运动范围大,但其多级齿轮传动的累计误差导致机械手末端执行器产生的偏差;又因高放雾酸环境下无法使用电子感知元器件的工况,全齿轮机械手难以自主进行精准夹持作业。因此,针对全齿轮传动机械手精准夹持控制关键技术研究,开展如下研究: (1)提出了基于阻尼最小二乘法(Levenberg Marquardt)的多源误差模型辨识方法。针对全齿轮机械手相比于传统工业机器人非几何误差占比大,直接进行几何误差模型辨识精度低,单独辨识非几何误差量数据需求大的问题,提出了基于几何误差和非几何误差线性部分的多源误差辨识模型,用小批量数据提升末端绝对定位精度;然后通过LM算法对多源误差模型进行辨识,并与传统几何误差辨识补偿算法进行仿真对比验证。 (2)提出了基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization)的高斯过程回归(Gaussian Process Regression)超参数优化非线性残余误差补偿方法。针对多源误差模型辨识补偿后仍存在残余的非线性化误差,难以进行准确数学建模,且神经网络拟合方法结构调整复杂数据量需求量大的问题,构建关节空间的误差映射模型,引入了GPR算法对小批量数据进行模型训练,进一步提升了末端绝对定位精度;针对GPR算法超参数初始值确定的问题,基于PSO算法对GPR超参数进行寻优,设定合理的超参数,并与神经网络进行对比验证。 (3)提出了基于蚁狮算法ALO(Ant Lion Optimizer)BP神经网络初始权阈值优化的末端精准夹持方法。针对全齿轮机械手末端夹持力受到七级齿轮传动累计的多维误差作用,GPR方法在多维度拟合问题上效率低且夹持力数据易获取的问题,构建了夹持力传递运动学和含齿隙的动力学模型。采用BP神经网络进行夹持力映射模型训练,并提出了一种无力电子感知元器件的夹持力估计方法;针对BP神经网络初始权值、阈值设置的问题,通过ALO算法进行初始值寻优,并与GPR方法进行对比验证。

关键词： 变速箱齿轮   双面啮合测量   非接触式测量   共焦位移传感器   自动化生产线  

摘要： 齿轮是重要的运动和动力传动元件,汽车传动系统的安全性及使用寿命直接取决于变速箱齿轮的加工质量。我国汽车行业市场规模逐年增加,变速箱齿轮制造模式已经转变为高端机床装备结合机械手上下料的智能自动化生产线。在大批量齿轮检测中使用双面啮合测量仪可以快速获得径向综合偏差等信息,但难以从中分离出单项偏差,而单项偏差对分析齿轮误差源和评定加工质量至关重要。以光学测量原理为基础的非接触式齿轮单项误差检测相比于传统方法优势在于可获得更高的测量效率和更完整的齿面信息,随着测量技术的发展复合式齿轮测量成为可能。本文以变速箱齿轮的全面检测为研究目标,对将非接触式单项误差测量集成到以齿轮双面啮合测量仪为基础的综合误差测量上的复合式齿轮测量系统展开研究,主要研究内容如下:齿轮双面啮合综合误差测量方法研究。基于双面啮合测量原理并建立啮合测量动力学模型,采用ADAMS进行齿轮啮合测量的动力学仿真,探明弹簧刚度及驱动转速对啮合曲线的影响规律,分析不同转速下啮合曲线的FFT频谱。通过双面啮合测量实验,从啮合曲线中分离出径向综合总偏差、一齿径向综合偏差、径向跳动偏差、中心距、跨棒距及公法线等误差项。为提高测量精度,提出利用跨棒距或公法线快速校准中心距的方法,实现齿轮快速、准确的测量,为后期与自动化生产线对接奠定基础。齿轮非接触式单项误差测量方法研究。根据光谱共焦位移传感器入射光束与圆柱齿轮渐开线法向夹角之间的关系提出偏置式测量方案。通过构建偏置式齿轮非接触光学测量数学模型,针对不同齿轮参数提出最大偏置距及测量数据坐标转换的计算方法。探究齿轮基本参数及偏置距对入射光束与渐开线法向夹角的影响规律。通过分析测量数据,提取渐开线中部有效数据进行坐标转换,提出齿距偏差、螺旋线偏差及齿廓偏差等单项误差评价方法,实现齿轮非接触式单项误差测量。变速箱齿轮自动产线线边检测系统软件开发。根据齿轮的生产工艺流程及自动化生产线的布局,利用.NET开发平台、WinForm框架和SQLSever数据库,采用C#高级语言开发复合式齿轮线边测量软件系统。系统主要包括双面啮合综合误差测量模块、非接触式单项误差测量模块及复合式测量模块。双面啮合测量模块基于PROFINET及TCP/IP通讯协议与生产设备无缝连接,实现了变速箱齿轮产线的自动化及信息化。基于数理统计原理开发的齿轮测量系统分析MSA(Measurement Systems Analysis)模块、统计过程控制SPC(Statistical Process Control)模块等数据分析用于监控测量系统的稳定性及齿轮的加工质量。

关键词： 行星齿轮   载荷波动   级间扭转阻尼   分岔   峭度  

摘要： 煤矿机械行星齿轮传动系统结构复杂,所处环境恶劣,导致其具有较高的故障发生率,给企业带来不必要的损失。行星齿轮传动系统中存在诸多非线性因素影响其稳定运行。为提高行星齿轮传动系统的安全性与可靠性,降低故障发生率,有必要对行星齿轮传动系统非线性动力学特性进行研究。 本文以煤矿刮板输送机两级行星齿轮传动系统为研究对象,引入载荷波动以及级间扭转阻尼、级间扭转刚度,综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、综合传递误差、齿侧间隙等非线性因素,建立两级行星齿轮传动系统纯扭转非线性动力学模型,推导得到其非线性运动微分方程,为后续研究奠定基础。计算分析系统前六阶固有频率。利用Adams对两级行星齿轮三维模型进行动力学仿真,得到传动系统啮合力仿真值,对比利用运动微分方程求解得到的各级齿轮啮合力均值,验证集总参数模型正确性。 为研究载荷对行星齿轮传动系统非线性动力学特性的影响,利用四阶Runge-Kutta法求解简化后的包含载荷波动的行星齿轮传动系统无量纲运动微分方程,得到单级、两级行星齿轮传动系统在空载、50%载荷、满载以及150%载荷四种工况下,太阳轮与行星轮间相对位移随激励频率变化的分岔图。综合运用相图、Poincaré图、时程图、频谱图对系统分岔特性进一步研究,利用不同工况下传动系统峭度值随激励频率变化的曲线图对分岔特性进行验证。研究发现,载荷变化对单级行星齿轮传动系统在不同激励频率下的影响存在差异性。对两级行星齿轮传动系统第一级的影响效果与单级相似,但在低频激励下有所不同。第二级行星齿轮的加入,降低了载荷对第一级行星齿轮传动系统非线性动力学特性的影响。 研究单级、两级行星齿轮系统非线性动力学特性的不同点在于,两级行星齿轮传动系统需考虑两级行星齿轮耦合。为探究非线性因素对行星齿轮传动系统非线性动力学特性影响规律,选取空载和满载两种工况,分别改变啮合阻尼和级间扭转阻尼,求解两级行星齿轮运动微分方程。结合非线性动力学基本理论,运用分岔图、相图,Poincaré图等,分析两级行星齿轮传动系统随激励频率、啮合阻尼、级间扭转阻尼变化的分岔特性。利用两级行星齿轮在相同激励频率下,不同级间扭转阻尼对应的峭度值,分析研究级间扭转阻尼对行星齿轮传动系统非线性动力学特性影响规律。

关键词： 瞬态工况   振动噪声   齿轮修形   正交试验   E-CVT  

摘要： 随着全球对环境问题愈发重视,新能源汽车已成为各大车企寸土必争的市场,混动汽车作为燃油车向纯电汽车过渡的车型,自然也具有了极高的热度,但新事物的出现也伴随着新的问题,电机的加入也带来了新的振动噪声问题,因此本文以混动车型中E-CVT乘用车变速器作为研究对象,围绕其瞬态工况下振动噪声产生原因及优化方法开展了如下研究:首先,本文从变速器噪声传递理论出发,对变速器中主要振动激励及优化方法进行了分析,基于本文研究的E-CVT变速器分析了其在不同工况下的运行原理,为下文工况的选取与模型验证奠定了基础。其次,在Romax designer中建立了E-CVT变速器仿真模型,并针对乘用车上常用的加减速工况进行了分析,通过变速器传动系统激励与响应分析确定了传动系统中激励频率及主要受激部件,并对齿轮的啮合状况进行了分析,确定了主要优化目标,通过在Adams中建立该变速器动力学模型,进一步研究了该齿轮轴在工况切换情况下的振动噪声问题。然后,基于第二代遗传算法对目标齿轮两个齿面进行了非对称修形,通过对比其在加速与减速工况下,变速器振动激励及响应的优化效果,分析了其相对于主流齿轮对称修形方法的优势,并基于Adams动力学模型分析了非对称修形对工况切换时的齿轮振动噪声优化效果。最后,使用单因素分析直观的展示了齿轮不同结构参数对瞬态工况下振动噪声影响效果,然后通过正交试验得到了齿轮在四因素四水平变量下的最优结构参数组合,并分析了各因素对瞬态工况振动噪声影响显著性水平,完成了齿轮瞬态工况下振动噪声的二次优化。

关键词： 数字孪生   齿轮系统   动力学建模   灵敏度分析   模型更新  

摘要： 数字孪生技术越来越多地应用在航空航天、船舶、风力发电等大型机械系统中。作为系统中的关键传动部件,齿轮箱常运行在恶劣工况下,易产生疲劳损伤和故障。为此,建立单级定轴齿轮传动系统高精度动力学模型,对模型进行参数灵敏度分析,研究系统的模型参数更新方法,对提高数字孪生动力学模型的保真度及其模型更新速度,有着重要的理论研究意义和重大的工程应用价值,也为复杂的齿轮系统数字孪生建模奠定基础。 根据数字孪生模型的概念,提出了齿轮系统高保真数字孪生模型框架。以实际齿轮箱为研究对象,利用有限元法建立了单级定轴齿轮箱的刚柔耦合动力学模型,对比分析了实际工况下采集的信号和仿真信号。所建动力学模型的仿真信号的前四阶啮合频率成分及其幅值变化趋势与实测信号相符。同时分析了幅值误差,取决于所建齿轮箱箱体模型的建模精度以及模型网格划分的质量。 结合实验设计思想,提出了基于实验设计的数字孪生模型参数灵敏度分析方法,使用虚实信号余弦相似度作为响应变量,对因子水平代码化以及模型拟合过程中使用t检验辅助判断各效应的显著性。提出了基于稀疏分解的齿轮振动信号分布型故障特征提取方法,分离实际工况中不可避免采集到的冲击信号,结果表明所提方法能有效提取原信号中的稳态调制成分。所提方法成功筛选出三个显著参数,分别是齿轮侧隙、齿轮节距误差和齿轮径向跳动误差;同时简化模型的回归公式?提升了拟合模型的精度。 构建了数字孪生模型参数更新目标,将单级定轴齿轮传动系统仿真数字模型参数更新转化为求解最大值问题,提出了基于粒子群算法的数字孪生模型参数更新方法,所提方法能有效提升模型精度,使仿真数字模型不断向实际物理系统趋近。基于此方法,利用回归公式?提出了结合实验设计与粒子群算法的数字孪生模型参数更新方法,保证建模精度同时降低了动力学模型仿真次数,达到了优化数字孪生模型参数更新的目的。