裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析
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对系统振动响应的影响。结果表明，随着裂纹深度及长度的增加，齿轮副啮合刚度有
较大幅度的减小，系统时域响应中存在周期性冲击现象，频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带，研究结果可
为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据&
关键词：斜齿轮;裂纹故障;啮合刚度;耦合动力学模型;动态响应
Key words: helicol gexr; crack fault; mesh stiWness;coupling dynamic model; vibration response
齿轮传动系统作为机械设备中重要的运动和动力 传递部件,广泛应用于航空航天、交通运输、船舶海洋 等领域&由于齿轮系统结构复杂、工作环境较为恶劣， 使其在服役期间容易发生故障，影响设备的可靠运行, 严重时还会引起生产安全事故［1］&齿轮系统动力学分 析可为早期故障诊断提供良好的理论基础 ，而准确有
中图分类号：TH132.4
文献标志码：A
DOO 10.13465/j. .nki. .vs. 2019. 16.005
Influence of crach faultt on timr-varying mesh stiffness and vibration response of helical gears
基金项目：国家自然科学基金(51175524)；重庆市重点产业共性关键技 术创新专项(cac2015zdcy - ztzx70013);中央高校基本科研业务费专 项资金(106112017CDJZRPY0018)
收稿日期：2018 -03 -30修改稿收到日期：2018 -06 -27 第一作者 林腾蛟男，博士，教授，博士生导师,1968年生
了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法，并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度
等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上，综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿
轮转子陀螺力等因素，基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型，采用Newmark-C法对系统
效的时变啮合刚度计算方法又是进行动力学分析的关
键。因此，研究含裂纹故障的齿轮副时变啮合刚度，分
of helicol yexrs with crack fault was proposed. ConsiCtny tha elastic deformaion of tooth contact，bending，shexr，axial compression and tha wheel body，then tha correctnos of tha algorithm was veafied by using tha finite element method. Theontouenceotcaack paaameieas， such asiheoengih， depih and angoeotcaack， on ihemesh siotnesotheoocaogeaaswas anaoyzed.Atieaihai， acoupoongdynamocmodeootiheheoocaogeaaiaansmosoon sysiem woih caack tauoiwasesiabooshed based on the shafting element method. In this model， the factors such as the timeevming mesh $0011X0, static transmission error, bexring stibness， and the gyro force of gexr rotor were taken into consideration. The dynamic characte/stics of the system were analyzed by the Newmark-- method，then the effect of crack parameters on the vibration response of the system was studied. O is shown that the mesh $0^1X0 of gexrs decrexses with the depth and the length of the crack. Thera are some pe/odia impulses in the time domain. Moreover， the mesh frequency modulated siCeband appexrs in the frequency domain. The resexrch results on proviCa a thevreticol basis for crack fault diaynosis of the gexr transmission.
第38卷第16期
振动与冲击 JOURNALOFVOBRATOONANDSHOCK
Vol. 38 No. 16 2019
裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析
林腾蛟，郭松龄，赵子瑞，魏 静
(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044)
扌商要：以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形，提出
LIN Teegiiao， GU0 Song/ng， ZHA0 Zi/i， WEI Jing
( SiaieKeyLaboaaioayotMechanocaoTaansmosoon， ChongqongUnoveasoiy， Chongqong400044， Chona)
Abstract: Focusing on a helicol gec transmission system，a modified algorithm of tha timaevminy mesh $0^x0
较大幅度的减小，系统时域响应中存在周期性冲击现象，频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带，研究结果可
为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据&
关键词：斜齿轮;裂纹故障;啮合刚度;耦合动力学模型;动态响应
Key words: helicol gexr; crack fault; mesh stiWness;coupling dynamic model; vibration response
齿轮传动系统作为机械设备中重要的运动和动力 传递部件,广泛应用于航空航天、交通运输、船舶海洋 等领域&由于齿轮系统结构复杂、工作环境较为恶劣， 使其在服役期间容易发生故障，影响设备的可靠运行, 严重时还会引起生产安全事故［1］&齿轮系统动力学分 析可为早期故障诊断提供良好的理论基础 ，而准确有
中图分类号：TH132.4
文献标志码：A
DOO 10.13465/j. .nki. .vs. 2019. 16.005
Influence of crach faultt on timr-varying mesh stiffness and vibration response of helical gears
基金项目：国家自然科学基金(51175524)；重庆市重点产业共性关键技 术创新专项(cac2015zdcy - ztzx70013);中央高校基本科研业务费专 项资金(106112017CDJZRPY0018)
收稿日期：2018 -03 -30修改稿收到日期：2018 -06 -27 第一作者 林腾蛟男，博士，教授，博士生导师,1968年生
了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法，并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度
等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上，综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿
轮转子陀螺力等因素，基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型，采用Newmark-C法对系统
效的时变啮合刚度计算方法又是进行动力学分析的关
键。因此，研究含裂纹故障的齿轮副时变啮合刚度，分
of helicol yexrs with crack fault was proposed. ConsiCtny tha elastic deformaion of tooth contact，bending，shexr，axial compression and tha wheel body，then tha correctnos of tha algorithm was veafied by using tha finite element method. Theontouenceotcaack paaameieas， such asiheoengih， depih and angoeotcaack， on ihemesh siotnesotheoocaogeaaswas anaoyzed.Atieaihai， acoupoongdynamocmodeootiheheoocaogeaaiaansmosoon sysiem woih caack tauoiwasesiabooshed based on the shafting element method. In this model， the factors such as the timeevming mesh $0011X0, static transmission error, bexring stibness， and the gyro force of gexr rotor were taken into consideration. The dynamic characte/stics of the system were analyzed by the Newmark-- method，then the effect of crack parameters on the vibration response of the system was studied. O is shown that the mesh $0^1X0 of gexrs decrexses with the depth and the length of the crack. Thera are some pe/odia impulses in the time domain. Moreover， the mesh frequency modulated siCeband appexrs in the frequency domain. The resexrch results on proviCa a thevreticol basis for crack fault diaynosis of the gexr transmission.
第38卷第16期
振动与冲击 JOURNALOFVOBRATOONANDSHOCK
Vol. 38 No. 16 2019
裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析
林腾蛟，郭松龄，赵子瑞，魏 静
(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044)
扌商要：以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形，提出
LIN Teegiiao， GU0 Song/ng， ZHA0 Zi/i， WEI Jing
( SiaieKeyLaboaaioayotMechanocaoTaansmosoon， ChongqongUnoveasoiy， Chongqong400044， Chona)
Abstract: Focusing on a helicol gec transmission system，a modified algorithm of tha timaevminy mesh $0^x0