發(fā)布時間：2018-07-29 15:32

【摘要】：現代機械設備,如變速箱、機器人、航空發(fā)動機、風機、水泵等,對齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性及安全性提出了更高的要求。另外,故障診斷對于保障設備的安全運行、避免災難性事故的發(fā)生和減少重大經濟損失具有十分重要的意義。齒輪傳動系統(tǒng)的非線性動力學研究以及故障診斷技術已受到國內外學者的廣泛關注。因此,本文對含有非光滑性、非線性和隨機性的齒輪傳動系統(tǒng)非線性動力學及故障辨識技術進行了深入研究。本文主要內容如下：1.運用Monte-Carlo法和中心極限定理對齒輪嚙合頻率、齒輪阻尼比、嚙合剛度、齒側間隙等隨機擾動以及輸入力矩引起的隨機擾動進行了數值模擬。2.考慮齒輪嚙合頻率、阻尼比、嚙合剛度、齒側間隙等隨機擾動以及輸入力矩引起的隨機擾動建立了齒輪傳動系統(tǒng)的隨機非線性動力學模型,并建立了隨機擾動下含磨損故障的齒輪非線性動力學模型。應用4-5階變步長的Runge-Kutta法對動力學方程進行了數值分析,并驗證了其有效性。3.綜合運用時間歷程曲線圖、相圖、Poincare圖、功率譜圖和Lyapunov指數,討論了齒輪傳動系統(tǒng)內部參數和外部激勵的隨機擾動對系統(tǒng)產生分岔和混沌振動的影響；分析了載荷比、齒頻比、阻尼比、齒側間隙和嚙合剛度等各個隨機參數在不同工況下對系統(tǒng)動力學特性的影響；并探討了如何匹配參數使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。4.應用線性、非線性反饋控制法以及外加周期信號法、外加恒定載荷法和位相法等三個非反饋控制法對齒輪傳動系統(tǒng)中的混沌振動進行了有效的控制或抑制。5.針對齒輪磨損故障,本文提出了一種基于Symlets A小波族形態(tài)去噪和頻率切片小波變換的故障辨識方法。仿真分析和實驗測試結果相一致,驗證了含齒面磨損故障模型的正確性和此方法的有效性。6.針對滾動軸承點蝕故障,本文提出了一種自相關形態(tài)濾波和經驗模態(tài)分解的故障辨識方法。用實驗驗證了此方法的有效性和優(yōu)越性。
[Abstract]:Modern mechanical equipment, such as gearbox, robot, aero-engine, fan, pump and so on, put forward higher requirements for dynamic characteristics and safety of gear transmission system. In addition, fault diagnosis plays an important role in ensuring the safe operation of equipment, avoiding the occurrence of catastrophic accidents and reducing the heavy economic losses. The research on nonlinear dynamics and fault diagnosis of gear transmission system has been paid more and more attention by scholars at home and abroad. Therefore, the nonlinear dynamics and fault identification techniques of gear transmission systems with nonsmooth, nonlinear and randomness are studied in this paper. The main contents of this paper are as follows: 1. The Monte-Carlo method and the central limit theorem are used to simulate the random disturbances of gear meshing frequency, gear damping ratio, meshing stiffness, tooth side clearance and input torque. The stochastic nonlinear dynamic model of gear transmission system is established by considering the random disturbances such as gear meshing frequency, damping ratio, meshing stiffness, tooth side clearance, and the random disturbance caused by input torque. The nonlinear dynamic model of gear with wear failure under random disturbance is established. The dynamic equation is numerically analyzed by using the 4-5 order variable step Runge-Kutta method, and its validity is verified. By using time history curve, phase diagram, power spectrum diagram and Lyapunov exponent, the effects of internal parameters and random disturbances of external excitation on bifurcation and chaotic vibration of gear transmission system are discussed, and the load ratio, tooth frequency ratio are analyzed. The effects of random parameters such as damping ratio, tooth side clearance and meshing stiffness on the dynamic characteristics of the system under different working conditions are discussed, and how to match the parameters to make the system run stably. 4. Three non-feedback control methods, linear, nonlinear feedback control, applied periodic signal, applied constant load method and phase method, are used to effectively control or suppress the chaotic vibration in gear transmission system. Aiming at gear wear fault, this paper presents a fault identification method based on Symlets A wavelet family shape denoising and frequency slice wavelet transform. The simulation results are consistent with the experimental results, which verify the correctness of the wear fault model with tooth surface and the validity of the method. 6. In this paper, a fault identification method based on autocorrelation morphological filtering and empirical mode decomposition is proposed for pitting corrosion of rolling bearings. The effectiveness and superiority of this method are verified by experiments.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.41;TH17

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本文編號：2153133