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設計一臺能夠模擬工程實際中機械傳動系統常見故障的實驗臺步驟

時間:2024/10/28閱讀:174
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電機故障、齒輪故障、軸承故障以及轉子不平衡,乃是齒輪(機械)傳動系統中最為常見的故障類型。在實際工程中,因這三類故障未被及時察覺而引發的重大事故時有發生。針對此類設備展開狀態監測與故障診斷,已然成為大型企業的迫切之需,亦必將帶來可觀的經濟效益與社會效益。對于在校師生而言,接觸并了解工程實際中的設備和情況甚為必要。然而,現場設備所處的環境與工況往往頗為復雜,因而在學習和研究過程中,需由易至難,循序漸進。故而,設計一臺能夠模擬工程實際中機械傳動系統常見故障的實驗臺,具有重要的理論與實際意義。

VALENIAN/瓦倫尼安打造了一臺集軸承、齒輪、轉子不平衡故障模擬于一體的齒輪(機械)傳動系統實驗臺。其研究內容主要涵蓋實驗臺的結構設計、關鍵部件的理論分析,以及試驗臺的三維建模與故障動力學仿真。具體如下:


  1. 設計出多功能且操作簡便的故障模擬實驗臺,即 PT900 典型故障試驗臺。此臺能夠實現如下功能:于實驗室環境中,借助可替換的模擬局部缺陷的軸承、齒輪,以及不同配重的動不平衡轉子,重現旋轉機械的典型故障,如不平衡、不對中、齒輪典型故障、軸承典型故障等。該實驗裝置便于完成數據信號的采集與觀察,主要包括轉速、位移、加速度等信息數據。操作便捷,進行不同故障實驗時,時間間隔較短。實驗裝置輸出的故障信息應明顯且盡可能單一,信噪比需高,以便獲取與故障相對應的時域圖和頻譜圖。

  2. 對實驗臺關鍵零部件進行力學性能校核。針對齒輪(機械)傳統系統模擬試驗臺的關鍵零部件,進行強度校核以及有限元靜力學分析,并對結構予以改進和優化。設計可更換部件,以模擬軸承、齒輪、轉子平衡的典型故障。

  3. 進行實驗臺動力學建模與仿真。分別建立實驗臺軸承子系統和齒輪傳動子系統的非線性動力學模型。對于軸承子系統,需考慮滾珠滑移、油膜間隙和非線性接觸力等因素。針對軸承外滾道及內滾道點蝕缺陷,建立相應的系統動力學模型,并推導相應的動力學微分方程,基于 MALAB 軟件數值求解器,仿真系統的振動加速度信號。對仿真信號進行時域和頻域分析,研究故障類型與故障特征的映射關系,并與理論分析進行對比驗證,歸納軸承內滾道及外滾道缺陷的時域和頻域特征。針對齒輪傳動子系統,考慮齒輪時變嚙合剛度、傳動誤差等因素,建立非線性動力學模型,并將齒輪裂紋、斷齒故障以時變嚙合剛度激勵的形式體現到系統動力學模型中,進而仿真故障狀態下的系統動態響應,并分析其時域和頻域特征。


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