磨损及故障误差激励的行星轴承动力学建模与仿真研究

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行星齿轮箱结构紧凑,体积小,质量轻,传动比大,承载能力强,传动平稳,传动效率高,适用于高速大功率以及低速大扭矩的机械传动。在实际运行过程中,行星齿轮箱常承受复杂的动态重载力,其中轴承等关键部件容易出现磨损或损伤,造成行星齿轮箱的失效。行星轴承不仅存在自转还存在公转,且齿轮系统的激励复杂,单一的轴承模型不能准确描述行星轴承的振动特性,因此亟待开展双星行星轮系统动力学模型建模研究,在整个双星行星轮系统中研究行星轴承的振动特性;当行星轴承滚道发生磨损时,行星轴承振动特性将会发生变化,且对于行星轴承,由于存在公转,因此各位置的磨损情况不同,因此亟待开展行星轴承时变磨损研究,研究滚道磨损对振动特性的影响规律,为行星轴承动特性退化分析提供参考;在行星轴承制造误差的影响下,滚动体和滚道间的接触状态将会发生变化,而目前制造误差对行星轴承的振动特性影响不明,因此亟待开展行星轴承制造误差表征模型建模研究,研究制造误差对行星轴承的振动特性的影响规律,为行星轴承制造误差优化提供参考;当滚子上出现故障时,滚子在故障区域与滚道接触时会产生冲击脉冲,滚子上可能会产生贯穿故障或者局部故障,目前关于滚子贯穿故障和局部故障的研究较少,滚子故障宽度与其造成的冲激脉冲响应关系尚不明确,因此亟待开展滚子贯穿故障和局部故障表征模型建模研究,研究滚子故障宽度与行星轴承振动特性的映射关系,为行星轴承早期故障诊断提供参考。论文的主要研究内容如下:(1)针对单轴承模型不能准确描述行星轴承振动的问题,考虑齿轮-齿轮、行星轮-行星轴承-机架以及行星轴承滚子-保持架之间的相互作用,建立了双星行星轮系统动力学模型,研究行星轴承的接触特性以及振动特性,为行星轴承的振动抑制提供理论支撑。(2)针对行星轴承滚道各位置磨损情况不同的问题,提出行星轴承滚道时变磨损表征模型,将行星轴承滚道时变磨损表征模型与双星行星轮系统动力学模型耦合,提出行星轴承滚道时变磨损激励的双星行星轮系统动力学模型,研究了不同时长的行星轴承滚道磨损深度以及行星轴承接触特性及振动特性。(3)针对滚子尺寸偏差以及行星轴承安装轴线误差对行星轴承振动特性影响规律不明的问题,提出行星轴承滚子尺寸偏差及行星轴承安装轴线偏心误差表征模型,将行星轴承滚子尺寸偏差及行星轴承安装轴线偏心误差表征模型与双星行星轮系统动力学模型耦合,提出行星轴承滚子尺寸偏差及行星轴承安装轴线偏心误差激励的双星行星轮系统动力学模型,研究了不同行星轴承滚子尺寸偏差及行星轴承安装轴线偏心误差对行星轴承接触特性及振动特性的影响规律。(4)针对滚子故障宽度与其造成的冲激脉冲响应关系尚不明确的问题,提出行星轴承滚子贯穿故障及滚子局部故障表征模型,建立行星轴承滚子贯穿故障及滚子局部故障激励的双星行星轮系统动力学模型,研究了不同缺陷大小对行星轴承振动特性的影响规律。
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