《基于MATLAB与ADAMS的行星齿轮动力学仿真》
作者：崔慧娟
(咸阳职业技术学院机电（技师）学院，陕西 咸阳 712000)
摘要：齿轮啮合容易产生接触碰撞，导致齿轮产生弹性形变，该形变引起特征信号的变化在振动信号中得以体现，通过采集振动信号并对齿轮的速度和加速度进行分析，从而验证齿轮是否有故障发生。建立了行星齿轮仿真模型，将其导入到多体动力学软件ADAMS中进行动力学仿真，从而获得行星齿轮动力学参数，并得到齿轮速度和加速度在运动过程中时域、频域的变化情况，通过对MATLAB和ADAMS联合仿真得到的行星齿轮故障特征频率进行比对，判断是否有故障产生。动力学仿真结果验证了该方法的正确性。
关键词：行星齿轮；故障特征；动力学分析；故障诊断
中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)06-0022-05

行星齿轮传动系统具有结构紧凑、大功率以及大传动比等特点，多个行星齿轮同时传动能够保证传动过程稳定，故行星齿轮具有不可替代性，其在机械系统中有着非常广泛的应用。由于工作环境恶劣、超负荷运行以及安装误差等因素的影响，行星齿轮容易发生故障，其主要故障形式有齿轮折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面划痕和胶合以及塑性变形等。发生这些故障主要有两大原因，一是在制造过程中存在制造误差及在装配过程中由于不对中、不同轴形成的安装误差；二是在恶劣环境下长时间运转造成的疲劳受损。针对行星齿轮的故障问题，国内外学者进行了长期深入的研究。文献对行星齿轮建立了二维集中参数模型，根据齿轮的动态响应特性分析了齿楔和行星轴承力的关系，并对复合行星齿轮系统建立了旋转自由度模型，研究了系统的振动特性。文献基于频谱峭度技术提出了风电行星齿轮箱中齿根裂纹检测方法，可在故障发生之前成功地检测出齿根裂纹。冯占辉等通过啮频邻域内能量特征来检测行星齿轮箱太阳轮断齿故障。李三帅针对风电行星齿轮箱运行环境恶劣、故障信号中调制边频带复杂的问题，通过有限元法对故障进行诊断分析。
针对行星齿轮存在的啮合故障，本文提出了基于MATLAB与ADAMS的行星齿轮故障诊断方法，该方法根据齿轮啮合过程中齿轮速度、加速度的变化分析其时频域变化特征，为齿轮故障诊断提供依据。

1 建立三级行星齿轮动力学方程
在对三级行星齿轮建立动力学方程时，首先需了解其实体结构以及各项参数，其具体实物图如图1所示，各项参数见表1。

图1 行星齿轮

表1 行星齿轮各项参数
内齿圈  太阳轮  行星轮
齿数  62  19  21
模数  1.75  1.75  1.75
变位系数  -0.065  0.160  0.140
齿轮个数  1  1  3

基金项目：咸阳职业技术学院院级科研项目(2017KYC05)
作者简介：崔慧娟（1985—），女，讲师，硕士，主要从事机电一体化专业教学工作,252680385@qq.com.