故障行星轮系接触力仿真研究.pdf

第2期
组合机床与自动化加工技术
2015年2月
Modullar Machine Tool Automatic Manufacturing Technique
Feb.2015
文章编号:1001-2265(2015)02-0097-03
DO:10.13462/j.cnki. mutant..2015.02.027
故障行星轮系接触力仿真研究
向玲,陈涛
(华北电力大学机械工程学院,河北保定071003)
摘要:为获得故障行星轮系啮合传动时接触力的变化规律,运用pro/E与 ADAMS建立故障行星轮系的
动力学模型,结合Hetz接触理论的接触力计算方法,对故障行星轮系啮合传动时的接触力的变化规律
及其频谱特征进行仿真研究。仿真结果表明:故障行星轮系的接触力在时域上具有显著的周期性冲去
和明显的调制现象。在频城上,不仅出现了故障频率,而且在啮合频率及其倍频处出现了以故障频率为
边频带的故障特征。同时,从频域中还可以看出:载波频率为啮合频率,调制频率为行星轮的公转频率。
关键词故障行星齿轮系;接触力;仿真
中图分类号:TH164;TC65
文献标识码:A
Research on Simulation of Contact Force of Fault Planetary Gear Train
XIANG Ling, CHEN Tao
(Mechanical Engineering Deamen North ina Electric Power University, Baoding Hebei 071003, China)
Abstract In order to obtain the changing pattern of contact force of fault planetary gear train, pro/E and
ADAMS were used to build the modal of fault planetary gear train and the computation method for contact
force based on Her z theory was also introduced, with the dynamic modal, the contact force and the frequen-
cy spectrum of gear meshing were simulated. The simulation results show that the contact force of fault plan
etary gear train contains significant cyclical impact in time domain graph and obvious modulation phenome
non. In frequency domain, not only the failure frequency is found, but also fault characteristic that failure
frequency stands for side band in meshing frequency and the frequency doubling is appeared. At the same
time, As also can be seen from the frequency domain: the carrier wave is meshing frequency and the modu
lation wave is revolution frequency of the planet wheel
Key words: fault planetary train contact force; simulation
0引言
齿圈构成,具体参数如表1所示。在Pro/E环境下建
立齿轮模型并进行无干涉的装配,完成装配后检查模
行星齿轮具有传动比大、体积小、承载能力强、传动型是否有干涉现象,确保无干涉以后,通过接口文件导
的效率高等优点。因此已被广泛应用于风力发电、航入 ADAMS中如图1所示。同时,本文建立断齿故障
空、船舶、治金石化、矿山、起重运输等行业的机械传动的太阳轮模型,用上述同样的方法完成装配,并导入
系统。但是,由于经常处于低速重载的恶劣环境下工 ADAMS中,断齿效果图如图2所示。
作会造成行星齿轮发生点蚀、磨损、裂纹、断齿等故障,
表1齿轮结构参数
其中断齿是最为严重的故障之一。行星轮系发生断齿模数齿数压力角绿旋角齿顶修
故障会造成振动增加进而影响整个机械系统的运行,这
a(°)B(°)缘系数
不仅会造成经济上的损失,甚至会造成灾难性的后果。
太阳轮
20
行星轮
因此,对故障行星轮系的动力学特性进行研究具有重要齿圏1099207.493-0.965
的现实意义。为掌握故障行星轮系的动力学特性,有必
要获得其啮合传动时的接触力变化规律。本文以行星1.2添加驱动与约束
轮系中太阳轮的断齿故障为例,运用虚拟样机技术研究
在 ADAMS环境下仿真,需要对模型的各构件添
故障模型下行星轮与太阳轮之间的接触力变化规律。
加约束,其中,太阳轮、行星架分别与地面添加旋转副
1仿真模型
行星轮与行星架添加旋转副;齿圈与地面添加固定副;
行星架为输入端,在行星架上添加输入转速no(设为
1.1建立模型
150r/min),在太阳轮上添加10°N?m的负载。具体
本文模型的行星轮系由太阳轮、行星轮(3个)与
约束如图3所示。
收稿日期:2014-06-10;修回日期:2014-07-17
*基金项目:国家自然科学基金资助项目(11072078);河北省自然科学基金资助项目(E2013502226)
作者简介:向玲(1971-),女,湖北人,华北电力大学教授,研究方向为机械系统动力学、状态监测与故障诊断,(FEーmail)ncepu(@163.com。