建立含齿侧间隙、时变啮合刚度、制造误差和安装误差的2K-H行星轮系及复合行星轮系非线性动力学模型后,采取模块化和参数化设计思想,基于C#语言,运用MATLAB动态链接库技术,开发了一套行星轮系动力学特性仿真系统。系统具有良好的人机交互性和可扩展性,集成了2K-H行星轮系及复合行星轮系动力学建模、求解和后处理分析等功能。可通过时间历程曲线、相轨线、Poincare截面等分析方法研究各种不同工况下行星轮系的非线性动态特性;通过各类构件参数对均载特性的影响分析寻求最佳均载性能参数配置。仿真过程操作简便,降低了求解难度,极大地提升了轮系动力学特性分析效率,能够快速准确地为优化行星齿轮传动系统动态特性和均载特性提供理论参考。

针对滚动轴承故障诊断存在的故障程度难以区分、早期故障不易发现、故障诊断精度低等问题,这里提出了一种基于小波包变换(Wavelet Packet Transform,WPT)、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的滚动轴承故障程度诊断方法。该方法首先对原始信号进行小波包分解,然后对分解后的信号进行重构,计算重构信号能量作为特征值;随后,运用主成分分析对特征向量进行降维,将降维后的特征输入支持向量机,完成故障模型的训练与测试。这里主要分析了累计贡献率、小波包分解层数、母小波类型对故障诊断成功率的影响。实验结果表明此方法可以有效地识别不同故障位置的故障程度。

建立了含摩擦的风电齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型,引入时变啮合刚度、综合啮合误差等因素,考虑了齿侧间隙与摩擦转矩等非线性因素的影响,进行量纲一化处理后得到了系统的动力学方程组;采用Runge-Kutta法对其进行求解,得出风电齿轮传动系统的非线性动态响应;计算了摩擦因数分别为0和0.07时系统随啮合频率变化的分岔图,并通过庞加莱截面、功率谱和关联维数等定性和定量工具对系统的非线性动力学特性进行了研究。结果表明,摩擦激励会使系统的周期响应中含有较多的次谐成分,诱发更多频率成分;摩擦激励会使得低频区域混沌区间减少,较快进入周期或拟周期运动状态;高频区域周期区间减少,拟周期区间、混沌区间加长,系统运动更为复杂。研究可为风电齿轮传动系统的故障机制研究、结构设计和更优工况的选择提供理论指导。

针对行星齿轮箱故障诊断中故障类型难以区分的问题,提出了一种基于小波时频图和卷积神经网络相结合的行星齿轮箱故障诊断方法。首先,对原始信号进行连续小波变换,获取小波时频图;然后,对小波时频图进行统一处理和压缩,将处理好的小波时频图输入到卷积神经网络中进行分类识别,通过调整小波基函数和卷积神经网络参数,最终得到一个较为理想的诊断模型。试验证明,在训练集数据和测试集数据转速不同的情况下,该方法与BP神经网络相比,在诊断准确率和鲁棒性方面都有提升。该方法的研究为行星齿轮箱的故障诊断提供了参考。

为探究齿轮变位对啮合刚度的影响,采用两种不同方法计算齿轮啮合刚度一是运用Pro/E二次开发对齿轮进行参数化建模,并将齿轮模型导入Abaqus软件进行有限元仿真计算,根据计算结果得出不同变位系数齿轮的时变啮合刚度曲线;二是基于能量法的解析法计算得出时变啮合刚度曲线。结果表明,在一定范围内,齿轮啮合的重合度随齿轮变位系数的增大而减小,齿轮的平均啮合刚度随齿轮变位系数的增大而减小。

建立了两级行星齿轮传动系统"平移-扭转"耦合强非线性动力学模型,引入时变啮合刚度、齿侧间隙与啮合误差等非线性因素,无量纲处理后,建立动力学方程组。采用数值积分的方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,并计算了系统不同齿侧间隙情况下随激励频率变化的分岔图。综合利用相轨线、Poincaré截面和Lyapunov指数谱,通过G-P算法得到系统关联维数。从定性和定量角度对两级行星系统进行非线性动力学特性研究,得到两级行星系统的混沌频率、进入混沌的途径和齿侧间隙对两级行星轮系非线性特性的影响,为两级行星齿轮系统的故障机理研究提供一定理论依据。

针对YJ900运架一体机行走液压系统容易发生的内泄漏故障问题,运用AMESim软件建立其液压仿真模型。模型中引入泵泄漏、马达泄漏以及泵和马达同时存在泄漏3种典型故障模式,并采集液压马达进出口数据作为样本。将数据样本分为训练样本和测试样本,将训练样本输入MATLAB搭建BP神经网络故障诊断模型,并用测试样本完成故障模型的测试。主要研究神经元个数以及训练样本数对故障诊断成功率的影响。利用粒子群优化算法(PSO)对BP神经网络进行初始权重和偏置的优化,从而显著提高了少训练样本下的故障诊断成功率。

行星齿轮机构装配关系复杂,实现自动装配难度较大,为提高行星齿轮机构的设计效率,文章对行星齿轮机构参数化建模和自动装配技术进行了研究。通过分析行星轮系的结构特点,文中提出了一种行星轮系自动装配程序设计流程,研究了参数化建模和自动装配功能模块的开发步骤和主要功能,在Pro/E 5.0中利用Microsoft Visual Studio 2008开发出了具有可视化界面的参数化建模和自动装配模块。通过上述参数化建模与自动装配程序可实现行星齿轮传动系统各个零件的快速设计与整个系统的快速装配,从整体上提高了设计效率。

为探讨2K-H行星齿轮传动系统的均载性能,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差等非线性因素的平移-扭转耦合动力学模型,推导了系统的无量纲化18自由度的微分方程组。通过求解微分方程组,分析中心构件的支承刚度以及间隙浮动对行星轮系均载性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着中心构件支撑刚度的减小与轴孔间隙的增大,构件的浮动量增大,系统的均载系数减小。