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，對于研究故障的產生發展機理有著重要作用，其在工程應用中的意義重大。

關鍵詞：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故障的密切關系，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振動耦合的現象，因此在建完模型以后還要對關心的振動進行解耦。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齒輪綜合扭轉動力學模型

2 模型的仿真與可靠性分析

根據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單元有不同的質量、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以及嚙合齒對參數如表1所示：

2.2 振動仿真

（1）對以上所給參數搭建仿真器首先對節點進行處理。針對節點的建模工作量會很大，因此可以同過建立其各節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 結語

（1）首先利用有限元方法，建立了多自由度的風力發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.