检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：黄冠华西南交通大学

学位级别：博士

齿轮传动系统是高速列车动车转向架的重要组成部分,负责将牵引电机的动力传递给轮对,对于保障高速列车的动力传输具有重要作用。随着我国动车组服役里程的不断增加和列车国产化的全面深入,如何设计高速列车的齿轮传动系统,保证高速列车... 详细信息

齿轮传动系统是高速列车动车转向架的重要组成部分,负责将牵引电机的动力传递给轮对,对于保障高速列车的动力传输具有重要作用。随着我国动车组服役里程的不断增加和列车国产化的全面深入,如何设计高速列车的齿轮传动系统,保证高速列车动力传递的平稳性及其在服役期间的安全性,是铁路工程师面临的严峻挑战。传统的车辆动力学研究主要关注车辆的整车动力学性能,关键部件的研究主要集中在车体、构架和轮对,对于其他部件的研究较少。本文基于车辆系统动力学和齿轮传动系统动力学,对高速列车齿轮传动系统的振动特性展开全面的研究,主要内容如下：首先,对高速列车齿轮传动系统参数振动稳定性进行研究,齿轮传动系统是典型的参数振动,利用有限元法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开进行拟合,考虑齿轮传递误差,建立齿轮传动系统单自由度扭转方程,基于Floquet稳定性理论,采用多尺度解析方法对齿轮系统方程作近似展开,得到系统稳定区的近似解析解,给出系统参数振动稳定与不稳定边界曲线,并从系统稳定性角度提出了高速列车齿轮传动系统参数选取建议。同时基于斜齿轮的弯-扭耦合模型,对高速列车齿轮传动系统参数振动特性分析：分析内外激励下齿轮系统的亚谐及超谐共振频率因子,得到内部激励和内外组合激励下系统的频响曲线,结合数值分析方法,分析系统的非线性动态响应。其次,建立考虑齿轮传动系统的高速列车整车动力学模型,分析齿轮传动系统对整车动力学性能的影响,考虑高速列车服役过程中的常见外部激励,牵引电机谐波转矩激励、车轮磨耗激励、车轮多边形化激励、车轮扁疤激励等激励下齿轮传动系统的动态特性,针对轮轨粘滑振动,分析粘滑振动引起的轮对自激振动以及自参激联合作用下齿轮传动系统的分岔与稳定性。然后,对整车振动激励下高速列车齿轮箱箱体的强度进行分析,建立高速列车箱体的有限元模型,对箱体的模态属性和静强度进行初步的分析,基于上述的齿轮传动系统振动特性,采用直接积分法,分析正常激励、车轮磨耗激励以及车轮多边形激励下齿轮箱箱体的动态响应,针对服役过程的冲击载荷,计算冲击作用下齿轮箱箱体的抗冲击性能。最后,结合齿轮传动系统的动力学性能和振动安全性,对高速列车齿轮传动系统的振动强度进行初步评估,从振动烈度和强度两方面分别对齿轮传动系统振动状态进行评估,提出高速列车齿轮传动系统振动参考值,同时基于大量线路实测数据,从概率统计的角度提出了齿轮箱设计时的振动参考阈值。

关键词：高速列车齿轮传动系统振动稳定性失效评估

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两自由度齿轮传动系统全局动力学研究

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动力学与控制学报 2019年第6期17卷 514-519页

作者：周杜乐源李高磊吴鑫西南交通大学力学与工程学院

齿侧间隙的存在,使齿轮传动系统存在着丰富的非线性动力学行为.考虑两自由度齿轮传动系统的动力学模型,利用数值方法分析系统的分岔和混沌动力学行为.通过简单胞映射方法对非线性齿轮系统进行全局分析,得到系统的吸引子,吸引域等全局特... 详细信息

齿侧间隙的存在,使齿轮传动系统存在着丰富的非线性动力学行为.考虑两自由度齿轮传动系统的动力学模型,利用数值方法分析系统的分岔和混沌动力学行为.通过简单胞映射方法对非线性齿轮系统进行全局分析,得到系统的吸引子,吸引域等全局特性.结果显示:随着激振频率的变化,系统存在多个周期解共存以及周期解与混沌运动共存现象.最后利用系统的相轨线图与庞加莱截面图进行对比分析,在不同的初值条件下,系统呈现出不同的周期运动或混沌运动.利用简单胞映射方法的数值计算结果可以实现在不良参数条件下,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应.

关键词：间隙齿轮传动系统分岔混沌简单胞映射全局分析

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柔性支承下风力机齿轮传动系统非线性动力学分析

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现代制造工程 2018年第9期 134-142页

作者：刘海玲殷玉枫姜改革高崇仁太原科技大学机械工程学院太原030024

针对大型风力机塔架的柔性支承特性及其对风力机齿轮传动系统动态性能的影响,运用振动力学理论建立包含塔架刚度、时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等因素风力机齿轮传动系统的非线性动力学模型,基于4-5阶变步长龙格库塔对系统的无量... 详细信息

针对大型风力机塔架的柔性支承特性及其对风力机齿轮传动系统动态性能的影响,运用振动力学理论建立包含塔架刚度、时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等因素风力机齿轮传动系统的非线性动力学模型,基于4-5阶变步长龙格库塔对系统的无量纲非线性动力学进行求解,研究柔性支承下的风力机齿轮系统的振动特性。通过对目前国内1.5MW主流风力机齿轮系统进行实例分析,得到风力机在风载荷作用下塔架和风力机齿轮传动系统的二级平行轴斜齿轮传动系统的动力学特性。分析结果表明,在风载荷作用下,柔性支承下的风力机齿轮系统振动更加剧烈;竖直风力机塔架刚度减小,风力机齿轮相对扭转振动响应由倍周期分岔进入混沌运动。

关键词：风力机柔性支承齿轮传动系统非线性动力学

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基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析

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机械传动 2023年第3期47卷 78-85页

作者：李胜甲马雅丽赵永生蒲大君颜世铛大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 郑州机械研究所有限公司河南郑州450001

针对在多工况、多不确定性参数所形成的大数据下齿轮传动系统啮合接触特性分析困难的问题,提出了一种基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析方法。基于多维高斯分布原理与齿轮传动系统有限元模型,构建了系统啮合接触特性数据... 详细信息

针对在多工况、多不确定性参数所形成的大数据下齿轮传动系统啮合接触特性分析困难的问题,提出了一种基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析方法。基于多维高斯分布原理与齿轮传动系统有限元模型,构建了系统啮合接触特性数据集;采用最大信息系数分析了各系统参数与啮合接触特性之间的相关性,为预测模型提供了候选特征子集;采用支持向量机和随机森林算法建立了系统啮合接触特性预测模型,实现了对系统啮合接触特性的高效预测。结果表明,基于支持向量机算法的预测模型的预测误差最小,平均绝对百分比误差为3.87%,远小于理论计算误差。其中,在最优特征子集下,基于支持向量机算法的预测模型的各项接触特性预测误差指标显著下降,其平均绝对百分比误差降至3.03%,比优化前的接触特性预测误差减小了21.71%,验证了所提方法的精确性与有效性。

关键词：齿轮传动系统啮合接触特性最大信息系数数据挖掘预测模型

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直升机齿轮传动系统干运转研究进展

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机械传动 2022年第6期46卷 161-169,176页

作者：佟瑞庭王云峰陈策邓文星徐文博西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072 陆军航空兵研究所北京101121 郑州机械研究所有限公司河南郑州450052

传动系统的稳定性直接关系到直升机的生存能力。战伤状态下润滑系统失效,干运转工况加速了齿轮表面损伤和破坏。齿轮干运转能力已成为衡量现代直升机的一项重要指标。回顾了齿轮传动系统干运转热分析的研究现状,从齿轮表面改性、涂层、... 详细信息

传动系统的稳定性直接关系到直升机的生存能力。战伤状态下润滑系统失效,干运转工况加速了齿轮表面损伤和破坏。齿轮干运转能力已成为衡量现代直升机的一项重要指标。回顾了齿轮传动系统干运转热分析的研究现状,从齿轮表面改性、涂层、表面结构处理、传动系统与润滑系统设计等现有提升齿轮干运转能力的方法以及试验研究等方面进行综述,总结了各种方法的应用现状,为该领域的研究和发展提供参考。

关键词：齿轮传动系统干运转涂层表面处理试验

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基于啮合冲击响应的齿轮传动系统振动信号辨识研究

基于啮合冲击响应的齿轮传动系统振动信号辨识研究

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作者：黄元媛浙江大学

学位级别：博士

作为我国行业规模最大的机械基础件,齿轮得到了广泛的应用,在汽车、船舶、飞机等重大设备中发挥着重要作用。随着我国工业现代化水平的提高,齿轮装置朝着大功率、高速重载的方向发展,因此齿轮所处的工作环境和运行条件愈发恶劣,导致其... 详细信息

作为我国行业规模最大的机械基础件,齿轮得到了广泛的应用,在汽车、船舶、飞机等重大设备中发挥着重要作用。随着我国工业现代化水平的提高,齿轮装置朝着大功率、高速重载的方向发展,因此齿轮所处的工作环境和运行条件愈发恶劣,导致其发生故障的概率增加。齿轮的健康状态直接影响整个机械系统的运行性能,齿轮运行过程中发生故障会降低生产效率和生产质量,甚至造成重大生产事故和经济损失。因此,开展齿轮早期故障诊断和在线状态监测技术研究对保障设备安全稳定运行具有重要的实际意义。在齿轮动力传动系统中,齿轮箱的振动信号受到了动力源、负载以及噪声的干扰。为了进行齿轮早期故障诊断和在线状态监测,应首先从动力传动系统的复杂耦合信号中分离出齿轮箱的振动信号。因此,本文从齿轮的啮合机理入手,揭示啮合冲击调制现象,通过啮合冲击信号解调分析,提出基于啮合冲击响应特性的动力传动系统信号分离方法。本文的研究内容如下:(1)在深入理解齿轮啮合冲击机理的基础上,分析齿轮啮合过程中啮合冲击力的变化规律,并研究啮合冲击激励的等效方式。建立齿轮齿廓啮合动力学模型,研究啮合冲击激励下的齿轮振动响应和调制机理,并利用实测齿轮振动信号描述啮合调制现象。分析输入转速和负载对齿轮啮合冲击强度的影响,定义共振能量比(RER)指标衡量啮合调制频带中包含的啮合冲击能量强度。齿轮啮合冲击响应与调制机理研究对后续进行齿轮振动信号辨识与分离提供了理论依据。(2)根据啮合冲击响应与调制机理,本文提出了一种基于啮合能量分布图的齿轮啮合冲击信号解调方法。齿轮啮合调制频带包含了与啮合冲击相关的丰富信息,但受到了高频噪声信号的干扰。为了在噪声干扰下准确地定位啮合调制频带,建立了齿轮振动信号多输入单输出(MISO)模型,并引入啮合冲击能量分布(MIED)图,根据MIED图中信息构建最优滤波器进行包络解调分析。利用仿真信号和试验台实测信号验证了该方法的有效性。通过对啮合调制频带进行解调分析,可实现齿轮啮合冲击信号辨识,同时也为后续动力传动系统信号解耦分离方法提供分析依据。(3)在齿轮啮合冲击信号解调的基础上,针对动力传动系统中的齿轮振动信号辨识,本文提出了一种基于啮合冲击响应的齿轮传动系统信号解耦分离方法。引入自回归(AR)模型进行信号预处理,以消除齿轮正常啮合谐波信号,由此可得到仅包含啮合冲击的残余信号。结合原始共振稀疏分解(RSSD)算法,在齿轮啮合冲击响应特性的基础上,定义啮合频率能量比(MF-ER)指数以自适应地选取最优Q因子,从而提高RSSD算法的准确性。通过仿真试验证明了该方法的有效性和优越性。(4)为了证明本文方法的工程应用价值,进行叉车现场试验,采集叉车在恒定负载下行驶时的动力传动系统振动信号。利用本文提出的方法对实测信号进行分析与处理,通过与现有方法进行对比,验证了本文啮合冲击信号解调方法和动力传动系统信号解耦分离方法的有效性与实用性。

关键词：齿轮传动系统啮合冲击振动响应最优滤波器设计自回归模型共振稀疏分解

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基于混合智能的齿轮传动系统集成故障诊断方法研究

基于混合智能的齿轮传动系统集成故障诊断方法研究

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作者：杨铁梅太原理工大学

学位级别：博士

随着科学技术的发展,机械设备朝着高效率、高强度、高性能、大型化和自动化的方向发展。作为传递运动和动力的齿轮传动系统在许多大型设备中都发挥着重要的作用。但由于具有载荷条件复杂,工作环境恶劣等原因,齿轮传动系统容易受到损害... 详细信息

随着科学技术的发展,机械设备朝着高效率、高强度、高性能、大型化和自动化的方向发展。作为传递运动和动力的齿轮传动系统在许多大型设备中都发挥着重要的作用。但由于具有载荷条件复杂,工作环境恶劣等原因,齿轮传动系统容易受到损害而出现故障,这些故障的发生则极有可能诱发机器瘫痪,从而造成难以估计的经济损失和社会影响。因此,研究齿轮传动系统故障诊断的理论与技术具有重要的理论和实际意义。尽管现有的特征提取方法及故障识别技术取得了许多成果,但仍然存在诸多缺陷:功率谱分析适用于平稳信号分析,齿轮传动系统拾取的振动信号由于存在非平稳性导致这种分析方法无法有效使用;短时傅立叶变换、小波变换、EMD分解等非平稳信号处理算法能够适应齿轮故障诊断信号的非平稳特性,但在特征提取方面却存在太多的频段特征,导致故障诊断难度增加;如何实现减少特征维数,保证故障诊断效果是迫切需要解决的问题。基于特征提取的模式识别方法是故障诊断中的重要内容,BP等神经网络以其极强的自学习、非线性识别能力在故障识别中获得了广泛的研究,但其容易陷入局部最优一直是该种方法的诟病;同时针对如何更好的应用各种特征提取算法的成果来提高故障识别率也是故障诊断研究中急需解决的重要课题。论文采用物理模拟、实验测试、理论分析和仿真相结合的研究方法,从信号预处理、特征提取到故障模式识别和故障信息融合,将粗糙集理论、生物进化和神经网络等智能方法有机结合,发挥算法各自的优势,从而形成了齿轮系统的粗糙集-免疫遗传-改进BP神经网络的集成故障诊断技术路线。针对特征提取技术的优、缺点,提出功率谱分析、短时傅立叶变换、小波包分解和改进EMD分解算法的特征约简方法;在故障模式识别研究中,针对BP算法的特性,应用4次函数值比较进行多层前向神经网络的免疫遗传算法-BP算法权值混合搜索并改变其误差计算等方法提高故障识别率;采用故障决策信息融合后所获得的品质因数参数、故障识别率和不确定性三个参数作为判别齿轮故障的依据,从而提高齿轮故障诊断识别的精度。分析了齿轮传动系统滚动轴承内圈故障、外圈故障、齿轮磨损、断齿四种故障的成因、机理以及各自的特征,设计了物理模拟系统,优化了传感器配置,为本技术方案的实施奠定了基础。对故障数据采用了小波分析进行信号去噪预处理,结果显示,采用小波分析可以很好的解决齿轮故障信号的消噪问题,为后续的分析提供了便利。针对EMD存在的边缘效应,提出以灰色预测的包络延拓方法解决经验模态分解中的边缘效应问题。应用改进EMD获得了几种典型齿轮故障特征,仿真和实测数据分析结果表明该方法有效解决了边缘效应。对去噪后的齿轮传动系统故障振动信号进行谱分析、短时傅立叶变换、小波包分解、改进智能EMD分解,得到了各种故障的四种提取方法的故障特征。研究分析表明:谱分析适用于平稳信号,而齿轮传动振动信号复杂,含有非平稳信号,因此依据频谱图上的特征参数来判断,有可能导致错误结论;短时傅立叶变换对于断齿故障特征提取具有不确定性;小波包分析在齿轮磨损和断齿故障时得到了明显的故障特征,但在内圈和外圈故障时能量分布区别不是很大,容易导致错误的故障识别结果;智能EMD特征提取方法在齿轮磨损、断齿、轴承内圈故障的特征提取上得到了正确的结论,但在进行轴承外圈故障特征提取中,特征并不明显,难以得到准确的故障结论。研究表明,单一的故障特征提取方法针对某些故障有效,而针对另一些故障则难以提供准确的故障特征,进而影响故障诊断结论的准确性。采用粗糙集-免疫遗传-改进BP神经网络算法进行了齿轮传动系统故障诊断研究,首先应用粗糙集的后删除属性约简算法进行齿轮传动系统的故障特征约简,去除频域特征冗余,以减小故障识别的计算工作量。采用4次函数值作为故障诊断神经网络的判别条件,依据不同的判别条件,分别采用免疫遗传算法和改进BP算法进行故障诊断神经网络权值的优化,从而有效提高故障诊断网络的全局识别能力,对于谱分析、短时傅立叶变换、小波包分解、改进EMD分解得到的故障特征,分别应用上述算法进行齿轮故障识别,识别结果表明了该算法的优良性。从采用混合智能集成算法的故障诊断效果来看,四种齿轮故障基本上可以实现分离,但不同故障类型判别的可信度差别并不明显,如果依据本算法的可信度指标值进行故障诊断,一旦系统中存在噪声干扰,极有可能导致故障的误判。将D-S证据理论应用于故障特征提取的方法集成,并提出品质因数参数,与故障识别率、不确定度参数一起提高衡量故障集成诊断的精度。应用该技术进行实测数据分析,结果表明,每进行一次故障特征提取技术的集成,就提高了故障识别率,使得品质因数增大,降低了故障识别的不确定度,有效提高了故障诊断结论的准确度及可靠性,克服了单一故障特征提取方法的缺陷与不足。

关键词：齿轮传动系统故障诊断 EMD 粗糙集理论混合智能证据理论品质因数特征提取

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城轨列车齿轮传动系统故障机理及诊断方法研究

城轨列车齿轮传动系统故障机理及诊断方法研究

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作者：王金海北京交通大学

学位级别：博士

齿轮传动系统是城轨列车的重要系统组成,其服役过程的健康状态与列车运营的安全具有密不可分的关系。2015年,北京运营某B型列车发现大齿轮的尺面处有二十余处擦伤。虽然齿轮传动系统的故障表现形式各不相同,但都会对城轨列车的运行安全... 详细信息

齿轮传动系统是城轨列车的重要系统组成,其服役过程的健康状态与列车运营的安全具有密不可分的关系。2015年,北京运营某B型列车发现大齿轮的尺面处有二十余处擦伤。虽然齿轮传动系统的故障表现形式各不相同,但都会对城轨列车的运行安全和动力学性能产生不良影响。轻视齿轮部件的故障影响,将有可能造成牵引传动系统的系统性失效,导致严重的行车事故。城轨列车轮对与大齿轮采用同轴装配,齿轮传动系统一方面受到轮齿啮合的高频振动冲击,另一方面受到大齿轮端轮轨非线性接触和一系悬挂、二系悬挂等振动原件的振动影响,与一般的齿轮传动系统具有明显地区别,动力特性与非线性行为十分复杂。除此之外,考虑到城轨列车齿轮传动系统工作于时刻变化的非平稳环境,采用一般的信号处理方法难以实现它的故障诊断。因此,亟需对城轨列车齿轮传动系统的动力学、故障机理和诊断方法展开深入研究。针对上述问题,论文的主要研究工作如下:（1）采用势能法,建立了变位直齿轮啮合刚度的计算模型。研究发现,变位系数对齿轮的综合啮合刚度具有较大影响。在此基础上,建立了城轨列车纵垂向动力学模型,引入了适用于城轨列车动力学分析的上海地铁轨道谱,与试验数据对比论证了模型的正确性和可行性。提出的变位直齿轮啮合刚度模型涵盖了标准渐开线齿轮啮合刚度的计算方法,具有更广泛的应用价值;提出的城轨列车纵垂向动力学模型可以用于分析齿轮啮合激励对整车动力学指标的影响。（2）根据变位直齿轮啮合刚度模型,进一步推导了变位直齿轮在齿根裂纹、剥落以及齿面磨损故障下的啮合刚度计算公式。对于齿根裂纹、剥落和齿面磨损,分析了各种故障对时变啮合刚度的影响,研究了不同故障程度的啮合力在时域响应和功率谱上区别,获得了随故障程度变化的时域特征和频域特征演化趋势,掌握了敏感特征在各部件上的表现。（3）详细分析了城轨列车齿轮-轮对系统在牵引、惰行和制动工况下的外部激励,结合微元法计算得到的车速变量,建立了城轨列车齿轮传动系统平面动力模型。研究发现此模型得到的数值速度与微元法得到的解析车速误差较小,具有良好的速度跟踪能力。在此基础上,分析了牵引工况、惰行工况和制动工况的扭振时频特性、滑移速度、轮轨垂向力、黏着力和间歇性接触特性,研究发现三种工况下的间歇性接触特性的表现与这些动态响应间存在密切联系。（4）针对受迫振动系统的瞬态过程非线性动力学问题,提出了基于“切片”思想的准稳态分析方法。建立了城轨列车齿轮-轮对扭振动力学模型,进行阶次缩减和无量纲化,得到了扭振单自由度模型。通过准稳态分析,揭示了牵引工况下随转速变化的齿轮-轮对系统丰富的非线性行为演化过程。对比时频分析的结果,发现了齿轮扭振系统的分岔与混沌行为与信号的时频表征间存在一一对应的关系,为状态监测中出现的多种频响行为提供了理论支撑。（5）基于故障机理和各运行工况下动力学特性的研究结果,针对齿轮箱非平稳信号的故障诊断,提出了既可以实现样本容量增广,又能表征连续信号变化趋势的移位时频表征方法,结合Alex Net对齿轮传动系统的故障进行深度迁移诊断。研究发现,移位CWT表征在深度迁移诊断上具有更好的表现。同时,通过增加移位时频表征中的重叠率,可以有效提高迁移诊断的准确率,帮助深度网络实现更为精准的工况分类和故障分类。最后,通过实验研究验证了论文提出的算法,并在城轨列车齿轮传动系统故障实验台成功实现了多工况环境下的智能故障。研究成果将对城轨列车齿轮传动系统的实车故障诊断提供理论依据,对城市轨道交通装备的维保有积极意义。图115幅,表7个,参考文献147篇。

关键词：城轨列车齿轮传动系统变位直齿轮故障机理动力学故障诊断准稳态分析移位时频表征

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某直升机齿轮传动系统的稳态热分析

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中国机械工程 1999年第6期10卷 607-610页

作者：刘志全沈允文陈国定张永红中国空间技术研究院西北工业大学

以某直升机齿轮传动系统为研究对象，用热网络法建立了该传动系统的热平衡方程组；建立了热阻、功率损失、对流换热的计算模型；用自行编制的热分析程序计算了给定工况下的功率损失、对流换热系数和稳态温度场，为该传动系统的瞬态热分... 详细信息

以某直升机齿轮传动系统为研究对象，用热网络法建立了该传动系统的热平衡方程组；建立了热阻、功率损失、对流换热的计算模型；用自行编制的热分析程序计算了给定工况下的功率损失、对流换热系数和稳态温度场，为该传动系统的瞬态热分析提供了初始条件。

关键词：齿轮传动系统直升机军用直升机稳态热分析

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考虑轴承间隙影响的齿轮传动系统振动特性研究及试验验证

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舰船科学技术 2022年第20期44卷 107-111页

作者：魏维杨成斌张明宇武警海警学院浙江宁波315800

以单级滑动轴承支撑的齿轮系统为研究对象,建立系统数学模型,理论计算系统在不同滑动轴承间隙下的振动特性;搭建齿轮-滑动轴承试验台,通过更换轴承的方式测试不同轴承间隙下齿轮系统的振动参数。实验测试与理论计算所得结果趋势一致,表... 详细信息

以单级滑动轴承支撑的齿轮系统为研究对象,建立系统数学模型,理论计算系统在不同滑动轴承间隙下的振动特性;搭建齿轮-滑动轴承试验台,通过更换轴承的方式测试不同轴承间隙下齿轮系统的振动参数。实验测试与理论计算所得结果趋势一致,表明负载一定时增大滑动轴承间隙会使得齿轮系统振动加剧,增加负载转矩也会使得齿轮系统的振动加剧。

关键词：轴承间隙齿轮传动系统振动特性试验验证

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