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船用齿轮箱动力学特性及故障诊断研究
| 论文题名： | 船用齿轮箱动力学特性及故障诊断研究 |
| 关键词： | 船用齿轮箱;斜齿轮传动系统;时变啮合刚度;小波变换;故障诊断 |
| 摘要： | 在工作条件复杂、工作环境恶劣以及承受多变载荷变化的情况下，齿轮箱的安全性能得不到有效保证。齿轮和滚动轴承作为齿轮箱的核心部件，容易发生故障而导致船舶无法正常运行，甚至会造成巨大的经济损失。为研究齿轮故障对齿轮箱所产生的影响，本文建立传统因素影响下斜齿轮传动系统动力学模型以及齿轮轮齿材料剥落情况下、轮齿发生磨损情况下故障模型，采用数值法进行求解，分析了不同技术参数对齿轮动态响应所带来的影响，最后采用经验小波变换信号处理方法对复杂且含有噪声的振动响应数据进行特征提取。 根据机械设计理论，参考某300型号船用齿轮箱建立了斜齿轮三维模型，并对各个部件的参数进行了统一设置。综合考虑传动系统支撑刚度、啮合阻尼、齿轮啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等传统因素与系统动态激励，其中利用ISO国标法以及傅里叶级数拟合求解了齿轮时变啮合刚度，基于牛顿第二定律利用拉格朗日方程对船用斜齿轮传动系统建立动力学微分方程。 针对建立的动力学微分方程，采用计算精度较高、运算速度快的Gear方法进行求解，得到斜齿轮传动系统的初始位移响应。研究了不同平均啮合刚度、不同齿侧间隙以及不同综合啮合误差情况下齿轮的振动位移响应，分析了齿轮振动位移响应随着不同技术参数变化的特性。 基于势能法以及磨损理论分别建立故障模型，研究了不同故障程度下齿轮振动响应随时间、频率的变化特性，使用峭度、峰值因子、均方根以及均值来描述各类评价指标对不同故障程度的敏感程度。通过对齿轮不同故障程度和正常工况下齿轮振动响应进行对比，分析了齿轮故障振动响应特性。 通过小波变换方法对信号频段进行细致划分以及特征提取，得到了更为细致并且消除噪声后的振动信号，最终提高了信号的信噪比，通过对处理后的信号进行分析，得到了齿轮发生故障时的具体频谱成分，可为后续故障诊断工作提供样本点。 |
| 作者： | 张贵泉 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 温建民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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