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双环减速器运动特性及其故障诊断研究

谢永春  
【摘要】:双环减速器是目前应用较为广泛的一种少齿差环式行星减速器,虽然关于双环式减速器已有较多的研究资料,但关于双环减速器的研究少于其它形式的环式减速器,更少于其它少齿差传动,特别是目前还没有关于双环减速器的故障诊断方面的研究资料。 本文研究来源于国家自然科学基金重点项目《机械/流体传动的节能及新型传动方式的基础性研究》(项目编号:59835040)中的子课题《高效多流传动系统的设计理论和方法的研究》以及国家十五高技术研究发展计划(863计划)项目《网络化、智能化大型旋转机械在线诊断系统》(项目编号:2001AA423200)。在分析双环减速器结构及工作原理的基础上,本文设计并研制了一种新型结构的双环减速器,以这种新型的双环减速器为研究对象,对双环减速器的运动特性及双环减速器的故障特征、故障诊断方面进行了研究。以便对双环减速器存在的问题(如动力不平衡、振动大、发热、噪声大、载荷分配不均等),找出解决问题的有效方法或提出有效的理论根据。本文的研究内容主要包括以下工作: 在阐述双环减速器工作原理的基础上,分析了原有的单环、双环、三环及四环减速器(专利号:ZL89213292.2、ZL91230087.6、CN85106692.5、ZL93239404.3)的结构特点及运动特性,针对它们的不足,设计、研制了一种新型的双环减速器,并制造了实验样机,申请并获得国家实用新型专利(专利号:ZL 01 2 06843.8)。 考虑部分制造误差及安装的影响,对环板内齿的啮合传动,分析了误差对其运动的影响,建立了考虑误差的环板内齿接触有限元模型,针对不同的工况,进行了有限元接触分析,讨论了误差及载荷变化的对齿轮接触齿对及载荷分配情况的影响,分析了因载荷不均造成减速器振动的影响因素。 建立了双环减速器主要零部件及减速器系统的有限元模型,对齿轮系统主要零件及减速器系统进行了理论模态分析。 进行了故障智能诊断系统的整体集成,独立开发了智能诊断推理机平台与数据采集系统之间的接口程序(动态数据连接库DLL),完成了故障特征信号的提取与转换,实现了故障信号的网络远程传送。建立了网络化、智能化旋转机械故障诊断系统。 分析了双环减速器的振动特性,讨论了双环减速器产生故障的主要原因及故障主要类型,分析了双环减速器的故障特征、故障模式,用图形化的故障智能诊断平台,建立了双环减速器的故障诊断专家知识库。 对实验样机进行了不同工况下的结构噪声和空气噪声动态测试,同时进行 WP=6 了该实验样机的故障振动测试,采集了减速器的振动信号,并对故障信号进行了分析。用“网络化、智能化大型旋转机械在线诊断系统”对样机进行偏心轴弯曲及环板齿形误差故障的在线诊断测试,验证了双环减速器故障推理流程的正确性。 本文在以下几个方面取得了创新性成果: 设计、研制了新型结构的双环减速器,该新结构形式获国家实用新型专利(专利号为:ZL 01 2 47113.5); 在进行故障智能诊断系统的整体集成的基础上,独立开发了智能诊断推理机与数据引擎之间的接口程序(动态数据连接库DLL),完成了故障特征信号的提取与转换,实现了故障信号的网络远程传送。建立了网络化、智能化旋转机械故障诊断系统; 首次在分析一般减速器故障特征的基础上,分析了双环减速器的故障特点及故障特征形式,进行了双环减速器结构噪声和空气噪声测试分析; 首次用图形化的故障智能诊断平台,进行了双环减速器网络化、智能化在线故障诊断。


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