風機齒輪箱非線性動力學建模研究

楊傳坤 吳金強

摘 要：為了能夠建立貼近實際齒輪箱振動特點的模型，該文通過齒輪-軸-軸承非線性動力學的研究，利用simulink仿真建立了齒輪傳動過程中振動的模型。該模型包括了常見的齒輪及軸承故障，對于研究故障的產(chǎn)生發(fā)展機理有著重要作用，其在工程應用中的意義重大。

關(guān)鍵詞：非線性動力學 仿真 可靠性分析

中圖分類號：TH165+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-02

基于振動與齒輪機構(gòu)故障的密切關(guān)系，為此建立了一風機齒輪箱的非線性動力學模型[1]，利用simulink對建立的模型進行了仿真[2]。為此后的故障研究以及系統(tǒng)特性分析提供一個廣泛實驗的

平臺。

1 齒輪箱模型振動分析與模型建立

齒輪箱振動復雜，且輪齒的嚙合導致出現(xiàn)振動耦合的現(xiàn)象，因此在建完模型以后還要對關(guān)心的振動進行解耦。同時各種非線性因素的引入會使方程組可能無法解析，因此采用數(shù)值仿真的方法。以高速軸與中間軸組成的軸系為對象建模。

建立輸出軸軸承的幾何中心為總坐標原點的坐標系，建立以各軸的軸承幾何中心為坐標原點的浮動坐標系，在建立齒輪扭轉(zhuǎn)振動模型時以主動齒輪幾何中心為坐標原點、建立次級浮動坐標系。、是、相對于原點的向量，是相對于的向量[1]。

1.1齒輪綜合扭轉(zhuǎn)動力學模型

2 模型的仿真與可靠性分析

根據(jù)以上建立的動力學模型，利用simulink對所建立的模型搭建仿真器。由此仿真器來獲取齒輪箱輸出端上的仿真加速度信號。

2.1 單元劃分

模型當中不同的參數(shù)單元有不同的質(zhì)量、剛度矩陣。因此選擇中間軸和高速軸組成的軸系來進行仿真。劃分高速軸為7段中間軸為5段從左到右依次各段參數(shù)以及嚙合齒對參數(shù)如表1所示：

2.2 振動仿真

（1）對以上所給參數(shù)搭建仿真器首先對節(jié)點進行處理。針對節(jié)點的建模工作量會很大，因此可以同過建立其各節(jié)點的封裝模塊的方法減少計算機的額外計算，從而提高運算的效率。

3 結(jié)語

（1）首先利用有限元方法，建立了多自由度的風力發(fā)電機齒輪箱中輸出端平行軸系動力學模型。該模型包含齒輪嚙合時變剛度、齒輪嚙合間隙以及嚙合阻尼、軸承支承的影響。使模型更接近真實。在此基礎上利用simulink仿真軟件搭建出了齒輪箱軸系的仿真器。

（2）通過模型與實測信號頻率成分的對比證明了我們的模型是可靠的。

參考文獻

[1] 孟艷麗，王素秋，韓晶.基于Matlab的非線性動力學系統(tǒng)分析[J].物理實驗，2005，25（8）：42-45.

[2] 耿中行，屈梁生.小波包原理及其在機械故障診斷中的應用[J].信號處理，1994，10（4）：244-299.