摘要
对于工作在恶劣环境的齿轮系统，容易发生齿根裂纹、齿面点蚀、轮齿折断等故障，这些故障可能带来严重的经济损失或安全事故风险。因此，需要研究齿轮在故障情况下系统的动力学特性以为工程应用提供理论支撑。论文以某型机械外封闭功率流试验台中的齿轮副为研究对象，计算了健康状态、含齿根裂纹故障和齿顶剥落故障的齿轮时变啮合刚度。在此基础上，构建了齿轮系统动力学模型，探究了不同转速下系统参数对齿轮系统运动状态的影响规律，同时，研究了齿轮不同故障类型和故障程度下系统的动力学响应。主要研究内容与工作如下： （1）基于能量法建立了健康齿轮啮合刚度计算模型，运用 SIMPACK 软件求解器验证了建立模型的正确性。通过建立含齿根裂纹故障和齿顶剥落故障的齿轮啮合刚度计算模型，求解了不同裂纹深度以及齿顶剥落部分尺寸下齿轮的啮合刚度。同时，通过健康齿轮的啮合刚度计算模型，研究了齿轮齿数、模数、压力角、齿顶高系数和轴孔直径等参数对啮合刚度的影响。 （2）采用集中质量法建立了弯扭耦合的齿轮系统动力学模型，建模过程中考虑了啮合刚度、传动误差、齿侧间隙等因素的影响，并计算了齿轮系统中关键的动力学参数。基于该齿轮系统模型，得到了不同齿侧间隙、阻尼比以及轴承支承刚度下的系统分岔图，并研究了齿侧间隙、阻尼比以及轴承支承刚度等关键参数对系统动力学特性的影响。 （3）根据含齿根裂纹故障和齿顶剥落故障的齿轮啮合刚度计算结果，采用标准四阶Runge-Kutta法求解了两种故障条件下齿轮系统的动力学响应，研究了齿轮故障类型和故障程度对系统动力学特性的影响。同时，根据动力学响应结果，从故障诊断的角度分析了不同指标对故障程度的敏感性。
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