风机齿轮箱非线性动力学建模研究

杨传坤 吴金强

摘 要：为了能够建立贴近实际齿轮箱振动特点的模型，该文通过齿轮-轴-轴承非线性动力学的研究，利用simulink仿真建立了齿轮传动过程中振动的模型。该模型包括了常见的齿轮及轴承故障，对于研究故障的产生发展机理有着重要作用，其在工程应用中的意义重大。

关键词：非线性动力学 仿真 可靠性分析

中图分类号：TH165+.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-02

基于振动与齿轮机构故障的密切关系，为此建立了一风机齿轮箱的非线性动力学模型[1]，利用simulink对建立的模型进行了仿真[2]。为此后的故障研究以及系统特性分析提供一个广泛实验的

平台。

1 齿轮箱模型振动分析与模型建立

齿轮箱振动复杂，且轮齿的啮合导致出现振动耦合的现象，因此在建完模型以后还要对关心的振动进行解耦。同时各种非线性因素的引入会使方程组可能无法解析，因此采用数值仿真的方法。以高速轴与中间轴组成的轴系为对象建模。

建立输出轴轴承的几何中心为总坐标原点的坐标系，建立以各轴的轴承几何中心为坐标原点的浮动坐标系，在建立齿轮扭转振动模型时以主动齿轮几何中心为坐标原点、建立次级浮动坐标系。、是、相对于原点的向量，是相对于的向量[1]。

1.1齿轮综合扭转动力学模型

2 模型的仿真与可靠性分析

根据以上建立的动力学模型，利用simulink对所建立的模型搭建仿真器。由此仿真器来获取齿轮箱输出端上的仿真加速度信号。

2.1 单元划分

模型当中不同的参数单元有不同的质量、刚度矩阵。因此选择中间轴和高速轴组成的轴系来进行仿真。划分高速轴为7段中间轴为5段从左到右依次各段参数以及啮合齿对参数如表1所示：

2.2 振动仿真

（1）对以上所给参数搭建仿真器首先对节点进行处理。针对节点的建模工作量会很大，因此可以同过建立其各节点的封装模块的方法减少计算机的额外计算，从而提高运算的效率。

3 结语

（1）首先利用有限元方法，建立了多自由度的风力发电机齿轮箱中输出端平行轴系动力学模型。该模型包含齿轮啮合时变刚度、齿轮啮合间隙以及啮合阻尼、轴承支承的影响。使模型更接近真实。在此基础上利用simulink仿真软件搭建出了齿轮箱轴系的仿真器。

（2）通过模型与实测信号频率成分的对比证明了我们的模型是可靠的。

參考文献

[1] 孟艳丽，王素秋，韩晶.基于Matlab的非线性动力学系统分析[J].物理实验，2005，25（8）：42-45.

[2] 耿中行，屈梁生.小波包原理及其在机械故障诊断中的应用[J].信号处理，1994，10（4）：244-299.