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Unified method for typical gear failure modeling and stiffness calculation based on the matrix equation
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作者 Fanshan MENG Xin ZHANG +1 位作者 Heng XIA Jiaxu WANG 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第3期93-114,共22页
The failure types in gear systems vary,with typical ones mainly including pitting,cracking,wear,and broken teeth.Different modeling and stiffness calculation methods have been developed for various gear failure types.... The failure types in gear systems vary,with typical ones mainly including pitting,cracking,wear,and broken teeth.Different modeling and stiffness calculation methods have been developed for various gear failure types.A unified method for typical gear failure modeling and stiffness calculation is introduced in this study by considering the deviations in the time-varying meshing stiffness(TVMS)of faulty gears resulting from the use of different methods.Specifically,a gear tooth is discretized into a large number of microelements expressed with a matrix,and unified models of typical gear failures are built by adjusting the values of the matrix microelements.The values and positions of the microelements in the tooth failure model matrix have the same physical meaning as the parameter variables in the potential energy method(PEM),so the matrix-based failure model can be perfectly matched with PEM.Afterward,a unified method for TVMS is established.Modeling of healthy and faulty gears with pitting,wear,crack,and broken tooth is performed with the matrix equation,and the corresponding TVMS values are calculated by incorporating the matrix models with PEM.On the basis of the results,the mechanism of typical fault types that affect TVMS is analyzed,and the conclusions are verified through the finite element method.The developed unified method is a promising technique for studying the dynamic response characteristics of gear systems with different failure types because of its superiority in eliminating stiffness deviations. 展开更多
关键词 GEARS matrix equation failure modeling tvms calculation unified method
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Calculation and Analysis of TVMS Considering Profile Shifts and Surface Wear Evolution Process of Spur Gear
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作者 Wenzheng Liu Rupeng Zhu +1 位作者 Wenguang Zhou Jingjing Wang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期136-150,共15页
Profile shift is a highly effective technique for optimizing the performance of spur gear transmission systems.However,tooth surface wear is inevitable during gear meshing due to inadequate lubrication and long-term o... Profile shift is a highly effective technique for optimizing the performance of spur gear transmission systems.However,tooth surface wear is inevitable during gear meshing due to inadequate lubrication and long-term operation.Both profile shift and tooth surface wear(TSW)can impact the meshing characteristics by altering the involute tooth profile.In this study,a tooth stiffness model of spur gears that incorporates profile shift,TSW,tooth deformation,tooth contact deformation,fillet-foundation deformation,and gear body structure coupling is established.This model efficiently and accurately determines the time-varying mesh stiffness(TVMS).Additionally,an improved wear depth prediction method for spur gears is developed,which takes into consideration the mutually prime teeth numbers and more accurately reflects actual gear meshing conditions.Results show that consideration of the mutual prime of teeth numbers will have a certain impact on the TSW process.Furthermore,the finite element method(FEM)is employed to accurately verify the values of TVMS and load sharing ratio(LSR)of profile-shifted gears and worn gears.This study quantitatively analyzes the effect of profile shift on the surface wear process,which suggests that gear profile shift can partially alleviate the negative effects of TSW.The contribution of this study provides valuable insights into the design and maintenance of spur gear systems. 展开更多
关键词 Profile shift Tooth surface wear Structure coupling effect Improved wear depth prediction method tvms
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中心距误差对斜齿轮动态特性的影响研究
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作者 何亮 《自动化与信息工程》 2024年第1期23-29,共7页
基于斜齿轮啮合接触线理论,分析中心距误差对斜齿轮动态特性的影响。以一对地铁斜齿轮为研究对象,首先,利用切片法和势能法计算存在中心距误差的斜齿轮时变啮合刚度和动态传递误差;然后,采用集中质量法建立弯-扭-轴8自由度斜齿轮动力学... 基于斜齿轮啮合接触线理论,分析中心距误差对斜齿轮动态特性的影响。以一对地铁斜齿轮为研究对象,首先,利用切片法和势能法计算存在中心距误差的斜齿轮时变啮合刚度和动态传递误差;然后,采用集中质量法建立弯-扭-轴8自由度斜齿轮动力学模型,分析斜齿轮系统的动态啮合特性;最后,研究不同中心距误差对斜齿轮时变啮合刚度、动态啮合力和振动特性的影响。实验结果表明:斜齿轮的时变啮合刚度随中心距误差增大而减小;动态啮合力随中心距误差变化波动较小;中心距误差会导致斜齿轮啮合稳定性降低,为斜齿轮传动系统的降振减噪提供参考。 展开更多
关键词 中心距误差 斜齿轮 时变啮合刚度 动态啮合力 动态特性
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基于几何学和势能法的直齿轮副时变啮合刚度精确建模及应用 被引量:6
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作者 王晓鹏 刘世军 李纪强 《机械传动》 北大核心 2020年第3期91-96,共6页
时变啮合刚度(TVMS)是齿轮系统动力学研究中的重要参数变量之一,准确地模拟计算TVMS,对分析齿轮传动系统的振动、噪声等相关动力学性能响应指标至关重要。根据渐开线齿轮的啮合运动方程和几何位置关系,提出一种基于几何学和势能法作用... 时变啮合刚度(TVMS)是齿轮系统动力学研究中的重要参数变量之一,准确地模拟计算TVMS,对分析齿轮传动系统的振动、噪声等相关动力学性能响应指标至关重要。根据渐开线齿轮的啮合运动方程和几何位置关系,提出一种基于几何学和势能法作用的直齿轮副TVMS精确建模方法;实时、有效地分析标准渐开线齿廓的啮合极限边界条件,并结合势能法构建TVMS由物理模型向数学模型转变的计算分析模型;通过数值计算法精确地计算直齿轮副的TVMS,并进行了有限元验证及举例应用。研究表明,在满足齿轮设计承载容许范围内,应合理选取齿宽和轴径尺寸,且可通过两者进行TVMS的小幅度调整而实现刚度优化作用和提高转子系统抗挠度性能等,为后期进行齿轮系统动力学计算作基础性应用研究。 展开更多
关键词 几何学 势能法 直齿轮副 齿轮啮合运动模型 时变啮合刚度
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直齿轮轮齿双侧裂纹对其刚度影响的研究 被引量:4
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作者 赖俊杰 王衍学 蒋超阳 《机械传动》 北大核心 2021年第4期20-28,共9页
齿轮副的时变啮合刚度(Time-varying meshing stiffness,TVMS)是机械动力学分析中一个极为重要的参数,其准确程度直接影响着动力学分析结果的准确性。首先,从理论角度推导了剪切刚度的计算公式,并在案例分析中应用,将求得结果与有限元... 齿轮副的时变啮合刚度(Time-varying meshing stiffness,TVMS)是机械动力学分析中一个极为重要的参数,其准确程度直接影响着动力学分析结果的准确性。首先,从理论角度推导了剪切刚度的计算公式,并在案例分析中应用,将求得结果与有限元分析结果进行对比,结果显示相差较小;然后,建立了一种新的裂纹故障模型——轮齿双侧非对称裂纹模型;在基于精确全齿廓的能量法基础上,推导了轮齿双侧裂纹模型的时变啮合刚度计算公式,分析了裂纹形状参数对时变刚度的影响;最后,通过有限元法(Finite element method,FEM)进行了分析验证。结果表明,有限元法和能量法计算的结果基本一致。 展开更多
关键词 时变啮合刚度 非对称裂纹模型 精确全齿廓 能量法 有限元法
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IPTV中TV消息系统的研究
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作者 邓炜 《电视技术》 北大核心 2014年第3期82-85,共4页
在IPTV进入规模发展阶段,TV消息系统(TVMS)不仅可以实现全网或局部用户(用户分组)的消息广播,还可以支持投票、有奖竞猜等具备互动功能的电视节目,在增值业务中起着重要作用。介绍了TV消息系统的业务特点、形态及架构和消息流程等,充分... 在IPTV进入规模发展阶段,TV消息系统(TVMS)不仅可以实现全网或局部用户(用户分组)的消息广播,还可以支持投票、有奖竞猜等具备互动功能的电视节目,在增值业务中起着重要作用。介绍了TV消息系统的业务特点、形态及架构和消息流程等,充分介绍了电视互动与消息广播的流程。该系统在实际中已经得到应用,有较高的理论参考价值和实用价值。 展开更多
关键词 IPTV TV消息系统 STB
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齿面点蚀对直齿轮副时变啮合刚度及振动响应的影响分析
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作者 侯静玉 杨绍普 刘永强 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期278-286,共9页
齿面点蚀作为齿轮传动中最常见的故障之一,它的存在直接影响齿轮副的时变啮合刚度(time-varying meshing stiffness, TVMS),进而导致系统动态特性的改变。鉴于此,将每个点蚀形状近似地视为椭圆柱的一部分,根据点蚀的分布位置和数量定义... 齿面点蚀作为齿轮传动中最常见的故障之一,它的存在直接影响齿轮副的时变啮合刚度(time-varying meshing stiffness, TVMS),进而导致系统动态特性的改变。鉴于此,将每个点蚀形状近似地视为椭圆柱的一部分,根据点蚀的分布位置和数量定义了三种损伤级别:轻度点蚀、中度点蚀和重度点蚀。基于势能法计算并比较了无故障齿轮和含有不同程度点蚀齿轮的TVMS,讨论了点蚀位置和点蚀尺寸对TVMS的影响。研究了单级直齿圆柱齿轮传动系统的故障动态特性,并利用动力传动故障诊断综合试验台对理论结果进行了定性验证。结果表明,该研究中的齿面点蚀模型与实际点蚀形貌更接近。随着点蚀位置参数的增大,点蚀区域由基圆逐渐向齿顶圆方向移动;点蚀长轴长越长,点蚀区域内TVMS的减小量越明显;在相同的主动轮角位移变化范围内,随着短轴长的变化,不同程度的点蚀故障引起的啮合刚度的减小量是相同的。所建模型能够预测齿轮系统的啮合刚度及振动行为,相应的振动分析结果为齿面点蚀故障的检测和诊断提供了理论参考。 展开更多
关键词 直齿轮 齿面点蚀 时变啮合刚度(tvms) 动态响应 频谱分析
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基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析 被引量:5
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作者 朱丽莎 王奇斌 +2 位作者 栾晓刚 袁聪 张义民 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期66-71,80,共7页
面向斜齿轮时变啮合刚度(time varying meshing stiffness,TVMS)精确求解问题,提出基于切片思想及切片耦合理论的斜齿轮啮合刚度计算方法。将斜齿轮沿齿宽方向等效为若干切片,每个切片等效为直齿轮,切片耦合作用等效为弹簧模型;设计了... 面向斜齿轮时变啮合刚度(time varying meshing stiffness,TVMS)精确求解问题,提出基于切片思想及切片耦合理论的斜齿轮啮合刚度计算方法。将斜齿轮沿齿宽方向等效为若干切片,每个切片等效为直齿轮,切片耦合作用等效为弹簧模型;设计了一种数值求解方法计算斜齿轮时变啮合刚度;然后,以一对斜齿轮副为例,分别使用有限元法、切片耦合法、切片无耦合法分析了斜齿轮时变啮合刚度。结果表明,切片耦合斜齿轮时变啮合刚度模型能够准确地模拟仿真斜齿轮时变啮合刚度特性,而切片无耦合斜齿轮时变啮合刚度模型在双齿过渡区不能准确地模拟斜齿轮啮合刚度。 展开更多
关键词 斜齿轮 时变啮合刚度(tvms) 切片法 切片耦合
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基于参数反求的齿轮裂纹时变啮合刚度计算方法 被引量:8
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作者 吴家腾 杨宇 程军圣 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期2916-2924,共9页
基于齿根应变测试技术和优化理论提出了齿轮时变啮合刚度反求计算方法,并将其应用于齿轮故障机理研究。构建了齿根动态应力与时变啮合刚度反问题模型,并搭建齿轮裂纹故障应变测试实验台来采集齿根应变;建立了相对应的有限元模型并将计... 基于齿根应变测试技术和优化理论提出了齿轮时变啮合刚度反求计算方法,并将其应用于齿轮故障机理研究。构建了齿根动态应力与时变啮合刚度反问题模型,并搭建齿轮裂纹故障应变测试实验台来采集齿根应变;建立了相对应的有限元模型并将计算应变与测量应变代入反问题模型,从而实现齿轮啮合刚度的反向求解。计算结果表明,相比解析法和有限元法,所提方法显著提高了求解精度并且具备更高的可靠性。建立了齿根裂纹故障的齿轮系统动力学模型,通过对动力学响应进行时域及频域分析来揭示齿轮裂纹故障机理。 展开更多
关键词 齿轮裂纹 时变啮合刚度 反求计算 应变测试 动力学分析
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考虑齿面摩擦的斜齿轮副时变啮合刚度计算方法
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作者 莫帅 王冬冬 +1 位作者 胡效松 刘志鹏 《中国科学院大学学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期558-565,共8页
斜齿轮由于具有传动平稳等众多优点,在高速重载场合广泛应用。斜齿轮副在啮合时,不可避免地受到摩擦力影响。因此在计算斜齿轮副的时变啮合刚度时,有必要将齿面摩擦计入其中。先通过切片法将斜齿轮切成直齿轮微元薄片,再根据能量法计算... 斜齿轮由于具有传动平稳等众多优点,在高速重载场合广泛应用。斜齿轮副在啮合时,不可避免地受到摩擦力影响。因此在计算斜齿轮副的时变啮合刚度时,有必要将齿面摩擦计入其中。先通过切片法将斜齿轮切成直齿轮微元薄片,再根据能量法计算微元薄片的啮合刚度,最后沿齿宽方向进行积分累加,获取斜齿轮副精准时变啮合刚度。研究斜齿轮副时变啮合刚度在零摩擦、定摩擦和时变摩擦作用下的变化规律,揭示时变摩擦作用下齿面粗糙度、转矩、转速、齿宽等参数对斜齿轮副时变啮合刚度的作用机理。研究结果表明:在摩擦力的作用下,斜齿轮副时变啮合刚度会发生变化;定摩擦作用下,斜齿轮副的时变啮合刚度会减小,且定摩擦因数越大,时变啮合刚度越小;时变摩擦作用下,斜齿轮副的时变啮合刚度会随齿面粗糙度增大而减小,分别随输入转矩、转速和齿宽的增大而增大。 展开更多
关键词 斜齿轮 时变摩擦 时变啮合刚度 能量法
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齿轮故障对直齿轮副时变啮合刚度的影响研究 被引量:5
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作者 冯娜娜 吴海淼 《机械传动》 北大核心 2021年第1期99-103,共5页
提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度。齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮... 提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度。齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮合刚度最常用的分析方法之一。采用势能法研究了含裂纹齿轮、断齿和齿面剥落等3种故障情况对于齿轮啮合刚度的影响。结果表明,由于齿轮故障的存在,导致了时变啮合刚度的降低,进而影响了直齿轮副的振动响应。 展开更多
关键词 齿轮故障 时变啮合刚度 直齿轮副
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裂纹故障对轮齿时变啮合刚度的影响分析 被引量:2
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作者 孟宗 李佳松 +3 位作者 潘作舟 庞修身 崔玲丽 樊凤杰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期1897-1905,1911,共10页
针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度(TVMS)减小这一现象,研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先,构建了完整的轮齿齿廓曲线,基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响,对TVMS计算公式进行修正。其次,采用有限元法确定了裂纹萌生点所... 针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度(TVMS)减小这一现象,研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先,构建了完整的轮齿齿廓曲线,基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响,对TVMS计算公式进行修正。其次,采用有限元法确定了裂纹萌生点所在位置,提出了一种沿深度拓展的裂纹曲线,分析了裂纹深度对TVMS和负载分担比的影响,研究了裂纹同时沿深度与长度方向拓展的中早期故障模型。最后,构建了不同故障齿轮副模型,采用有限元法对裂纹沿深度结果进行验证,结果表明势能法与有限元法相吻合。 展开更多
关键词 裂纹 时变啮合刚度 势能法 故障模型 有限元法
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Mesh stiffness calculation and vibration analysis of the spur gear pair with tooth crack,considering the misalignment between the base and root circles 被引量:1
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作者 Jingyu Hou Shaopu Yang +2 位作者 Qiang Li Yongqiang Liu Jiujian Wang 《International Journal of Mechanical System Dynamics》 2021年第1期143-156,共14页
An improved variable cross‐section cantilever beam model for evaluating the time‐varying mesh stiffness(TVMS)of the perfect gear tooth is developed in which the tooth number of driving gear is less than 42 and that ... An improved variable cross‐section cantilever beam model for evaluating the time‐varying mesh stiffness(TVMS)of the perfect gear tooth is developed in which the tooth number of driving gear is less than 42 and that of driven is more than 42.The TVMS obtained by the proposed method is compared with the result without considering the misalignment between the base circle and gear root.Four types of root crack models and changes inTVMS of 13‐crack levels are presented.The fault vibration characteristic of a single‐stage spur gear reducer with root crack is ana-lyzed and the correctness is qualitatively verified by the vibration signals of an experimental gearbox with crack or missing failure.The results presented in this paper are of great significance for a deep understanding of the possible causes of vibration and noise of gears and provide a theoretical foundation for the fault diagnosis of the gearbox. 展开更多
关键词 BACKLASH gear potential energy method time‐varying mesh stiffness(tvms) tooth crack
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