齿轮箱非线性研究现状与展望

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1、第19卷第3期军械工程学院学报VoI.19No.32007年6月JournaIofOrdnanceEngineeringCoIIegeJun.，2007文章编号：1008-2956（2007）03-0046-05齿轮箱非线性研究现状与展望高永生，唐力伟，高岩，金海薇（军械工程学院火炮工程系，河北石家庄050003）摘要：从齿轮箱非线性的产生及现象、非线性建模和非线性信号处理等方面论述了当前齿轮箱非线性研究的现状，阐述了目前齿轮箱非线性研究工作的特点，探讨了今后齿轮箱非线性研究的几个关键问题。关键词：齿轮箱；故障诊断；非线性中图分类号：TH132文献标识码

2、：AReviewoftheGearboxNon-linearFaultDiagnosisGAOYong-sheng，TANGLi-wei，GAOYan，JINHai-wei（DepartmentofArtiIIeryEngineering，OrdnanceEngineeringCoIIege，Shijiazhuang050003，China）Abstract：Fromgearboxnon-Iinearandphenomena，non-IinearmodeIbuiIding，non-IinearsignaItreat-ment，wehavereviewed

3、gearboxcurrentnon-IinearfauItdiagnosis.AtIast，wegeneraIizedseveraIresearchcharacteristicsandproposedthefuturetechnoIogydeveIopmentofgearboxnon-IinearfauItdiagnosis.Keywords：gearbox；fauItdiagnosis；non-Iinear齿轮箱是用来改变转速和传递动力的常用机械性，一般认为齿轮箱系统非线性主要体现在齿轮和［2-4］设备，由于其零部件加工工艺复杂，装配精度要求轴承的非线

4、性上。高，又常在高速、重载等恶劣的环境下连续工作，故近20年来，非线性动力学的快速发展使人们不障率较高，是诱发机器故障的重要原因，因此对其进断地将新的观点和方法引入到齿轮箱非线性分析研行故障诊断研究具有重要的理论价值和实际意义。究当中。通过理论分析和数值模拟，一些难以解释振动信号蕴含着丰富的齿轮箱运行状况信息。的非线性现象，如混沌、幅值跳跃、极限环、亚谐波和［1］根据陈进的研究，当前信号处理前沿问题可以概分叉等，内部机理被逐渐揭示出来。［5］括为7个“非”，即非线性、非因果、非最小相位的系李明总结指出：非线性主要来自齿轮啮合力统、非高斯、非平稳、非整数维

5、（分形）的信号和非白和齿轮间隙、滑动轴承、挤压油膜阻尼器的油膜力、色的加性噪声。从齿轮箱上测得的信号大量是非平转子或联轴器等系统的几何及材料的非线性、内阻稳、非高斯分布和非线性的随机信号，特别是当齿轮尼或内摩擦力和密闭环中的流体作用力等；在滚动箱发生故障时上述情况更加突出。笔者从齿轮箱非轴承支撑系统中，滚动轴承的间隙也是非线性的重线性产生机理及现象、非线性建模和非线性信号处要来源。从后续针对联轴器耦合的轴承-转子系统［6］理等方面，着重阐述齿轮箱在非线性故障诊断方面非线性研究中得到初步结论：在系统失稳后，如的研究成果，进而讨论今后的研究方向。果仍采用线性

6、化油膜力学模型，则会出现错误的结果；对于不平衡转子系统失稳后，系统将产生准周期!"齿轮箱非线性的产生及现象和倍周期等一系列分岔现象，联轴器两侧转子的质齿轮箱由轮系、轴系和联轴器等部件组成。各量相差越大，则发生Hopf分岔所对应的转速越高。部件非线性相互叠加耦合共同导致了齿轮箱的非线从根本上说，齿轮的啮合运动具有非线性弹性振动的特征，这是齿轮箱的振动信号具有非稳态、非收稿日期：2007-03-23；修回日期：2007-06-13［7］作者简介：高永生（1979—），男，博士研究生.线性特点的原因之一，特别是在齿轮出现失效时第3期高永生等：齿轮箱非线性研究现

7、状与展望47更为突出。单跨转子分析结果不能完全解释多跨转子系统的运［8］Kahraman和Biankenship通过研究给出了具动特性，特别是具有裂纹-碰摩等故障的复杂系统有间隙、周期时变参数和外部激励联合作用的非线的非线性动力学特性，建立了具有非线性油膜力的性齿轮系统振动的实验结果，证实了跃迁现象、亚谐双跨弹性转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障模波共振和混沌现象的存在；并给出了形成奇异吸引型，并针对对裂纹和碰摩故障对系统非线性动力学因子的poincare图。响应的影响进行了分析。［15］混沌是一种特殊的非线性现象，表现为信号的刘国华从非线性分析方法入手，

8、采用连续接［9］维数为非整数维（即分维）。罗跃纲对双跨转子触模型，通过润滑油膜将