齿轮动力学

 齿轮动力学方向是在近20年研究成果的基础上累积形成的，以揭示不同传动方式下（人字齿行星齿轮传动、少齿差行星齿轮传动、直/斜齿行星齿轮传动等）系统的固有特性，材料特性（柔性齿圈、齿面摩擦）与系统非线性动力学行为的交互影响规律以及参数激励下系统的动力学特征为出发点，立足于齿面形貌、齿轮柔性、润滑状态和动载荷等激励因素下的齿轮系统动力学行为研究。

图1 典型的行星齿轮模型

 机械设备中约10.3%的故障是由齿轮箱故障引起的。受复杂风载和极端温差等因素的影响，齿轮箱中表现出轴承烧蚀、轮齿折断、齿面磨损、剧烈振动等失效形式。

图2 几种典型的故障模式

图3 行星传动减磨抑振设计方法

  采取“难点分解→单项研究→系统集成”的研究策略，且以“齿面重构与接触分析→单对齿轮副磨损计算→行星轮系动力学分析→行星轮系动态磨损建模→齿面磨损与动态响应交互影响分析→实验研究→减磨抑振设计”为递进研究层次，以三维齿面重构和接触分析为纽带，架构齿轮副磨损和行星轮系动力学特性之间的桥梁，深入开展行星传动齿面磨损与动力学行为耦合机理的研究。

图4 整定齿轮箱内/外激励因素

  在齿轮箱中，沿啮合线的啮合振动是主要的振动源。选择内外啮合副的振动加速度信号来构建行星齿轮箱振动信号模型。

图5 振动信号模型

部分成果展示：

X Liu, Y Yang, Jun Zhang(*), Resultant vibration signal model based fault diagnosis of a single stage planetary gear train with an incipient tooth crack on the sun gear, Renew. Energy 122 (2018) 65–79.

Zhang Jun(#)(*), Liu Xianzeng, Effects of misalignment on surface wear of spur gears, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2015, 229(9): 1145~1158.

Zhang Jun(#)(*), Guo Fan, Statistical modification analysis of helical planetary gears based on response surface method and Monte Carlo simulation, Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 28(6): 1194~1203.

Liu Xianzeng(#), Yang Yuhu, Zhang Jun(*), Investigation on coupling effects between surface wear and dynamics in a spur gear system, Tribology International, 2016, 101: 383~394.