設(shè)計一臺能夠模擬工程實際中機(jī)械傳動系統(tǒng)常見故障的實驗臺步驟

電機(jī)故障、齒輪故障、軸承故障以及轉(zhuǎn)子不平衡，乃是齒輪（機(jī)械）傳動系統(tǒng)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(fā)的重大事故時有發(fā)生。針對此類設(shè)備展開狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，已然成為大型企業(yè)的迫切之需，亦必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)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(shè)備和情況甚為必要。然而，現(xiàn)場設(shè)備所處的環(huán)境與工況往往頗為復(fù)雜，因而在學(xué)習(xí)和研究過程中，需由易至難，循序漸進(jìn)。故而，設(shè)計一臺能夠模擬工程實際中機(jī)械傳動系統(tǒng)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(zhuǎn)子不平衡故障模擬于一體的齒輪（機(jī)械）傳動系統(tǒng)實驗臺。其研究內(nèi)容主要涵蓋實驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵部件的理論分析，以及試驗臺的三維建模與故障動力學(xué)仿真。具體如下：

1. 設(shè)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?qū)崿F(xiàn)如下功能：于實驗室環(huán)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(zhuǎn)子，重現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)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(shù)據(jù)信號的采集與觀察，主要包括轉(zhuǎn)速、位移、加速度等信息數(shù)據(jù)。操作便捷，進(jìn)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(yīng)明顯且盡可能單一，信噪比需高，以便獲取與故障相對應(yīng)的時域圖和頻譜圖。

2. 對實驗臺關(guān)鍵零部件進(jìn)行力學(xué)性能校核。針對齒輪（機(jī)械）傳統(tǒng)系統(tǒng)模擬試驗臺的關(guān)鍵零部件，進(jìn)行強度校核以及有限元靜力學(xué)分析，并對結(jié)構(gòu)予以改進(jìn)和優(yōu)化。設(shè)計可更換部件，以模擬軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子平衡的典型故障。

3. 進(jìn)行實驗臺動力學(xué)建模與仿真。分別建立實驗臺軸承子系統(tǒng)和齒輪傳動子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型。對于軸承子系統(tǒng)，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(nèi)滾道點蝕缺陷，建立相應(yīng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型，并推導(dǎo)相應(yīng)的動力學(xué)微分方程，基于 MALAB 軟件數(shù)值求解器，仿真系統(tǒng)的振動加速度信號。對仿真信號進(jìn)行時域和頻域分析，研究故障類型與故障特征的映射關(guān)系，并與理論分析進(jìn)行對比驗證，歸納軸承內(nèi)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(tǒng)，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(xué)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(xiàn)到系統(tǒng)動力學(xué)模型中，進(jìn)而仿真故障狀態(tài)下的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)，并分析其時域和頻域特征。