载荷激励下齿轮-转子系统断齿故障的机理研究

张海涵; 任芳; 冯晋豪

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2020.08.011

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载荷激励下齿轮-转子系统断齿故障的机理研究

理论研究 | 更新时间：2022-11-10

- 载荷激励下齿轮-转子系统断齿故障的机理研究
- Study on the Mechanism of Tooth Breakage Fault in Gear Rotor System Under Load Excitation
- 机械传动 2020年44卷第8期页码：57-64
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学机械工程学院，山西太原 030024
  2.煤矿综采装备山西省重点试验室，山西太原 030024
- 作者简介：
  
  张海涵（1994— ），男，山东潍坊人，硕士研究生，主要研究方向为机械故障诊断。
  任芳（1967— ），女，山西汾阳人，博士研究生，副教授，主要研究方向为机械系统动态监测、故障诊断、机械结构与系统动力学等。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51475318)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.08.011
  中图分类号：
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张海涵,任芳,冯晋豪.载荷激励下齿轮-转子系统断齿故障的机理研究[J].机械传动,2020,44(08):57-64.

Zhang Haihan,Ren Fang,Feng Jinhao.Study on the Mechanism of Tooth Breakage Fault in Gear Rotor System Under Load Excitation[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(08):57-64.
张海涵,任芳,冯晋豪.载荷激励下齿轮-转子系统断齿故障的机理研究[J].机械传动,2020,44(08):57-64. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.08.011.

Zhang Haihan,Ren Fang,Feng Jinhao.Study on the Mechanism of Tooth Breakage Fault in Gear Rotor System Under Load Excitation[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(08):57-64. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.08.011.

摘要

以一级齿轮箱及其连接的双跨转子系统为研究对象，研究其载荷激励和断齿故障下的动力学机理。针对齿轮啮合刚度的时变性及其所连接的转子系统的不平衡，以转子系统动力学、齿轮系统动力学以及拉格朗日方程为基础，构建了齿轮-转子系统的弯扭耦合数学模型，并在Matlab/Simulink环境下建立其仿真模型。数值仿真了断齿故障信号，并通过信号发生器模拟不同的载荷激励，通过观察其时频图解析了不同载荷激励和断齿故障所引起的系统动力学响应。最后，通过不同载荷激励下的齿轮断齿故障试验，得到实测信号的时域图并进行频谱分析，验证了齿轮-转子系统模型的合理性，可为齿轮-转子系统的故障诊断提供重要的理论依据。

Abstract

The dynamics mechanism of the first-order gearbox and its connected two-span rotor system under load excitation and broken tooth fault is studied. Because of the time-varying meshing stiffness of gears and the unbalance of the rotor system， the coupling mathematical model of the gear rotor system is established based on the rotor dynamics and Lagrange equation， and the simulation model is established in Matlab/Simulink. The fault signals are simulated by numerical simulation， and different load excitation is simulated by signal generator. The dynamics response of the system caused by different load excitation and fault is analyzed by observing its time-frequency diagram. Finally， the time domain diagram of the measured signal is obtained and the frequency spectrum is analyzed through the experiment of gear tooth breaking under different load excitation. Then the rationality of the gear rotor system model is verified， which can provide an important theoretical basis for the fault diagnosis of the gear rotor system.

关键词

齿轮-转子系统建模断齿故障外载荷激励啮合刚度频谱分析

Keywords

Modeling of gear rotor systemBroken tooth faultExternal load excitationMeshing stiffnessSpectrum analysis

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