romax软件应用——齿轮箱振动分析
基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2019 年 5 月 May 2019
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.05.025
基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
谢坤琪，张开元，刘欣荣
（200082 上海市 上海理工大学 机械工程学院）
[ 摘要 ] 目前减速器大多存在齿轮磨损、振动冲击、噪音大等问题，齿轮修形被认为是可以解决此类问题
的有效技术。针对上述问题，利用 RomaxDesign 软件，以齿轮修形理论为基础，对修形前后的齿轮进行
传递误差分析、齿轮接触分析、齿根应力分析并进行了优化。结果显示，优化后齿轮传动时会更加平稳，
图 1 齿轮箱局部示意图 Fig.1 Part schematic of gearbox
0 引言
减速器是车辆动力传递的核心部件，影响着 汽车动力传递的效率以及动力传递的平稳性。齿 轮作为减速器的关键部件，其质量以及传递效率 直接作用于减速器，若加工质量或装配公差不达 标，则会在工作中产生啮合冲击、齿轮偏载现象， 引起剧烈振动和噪音，影响承载性能。目前，齿 轮修形 [1] 作为改善齿轮性能的一种方法已经得到 国内外一致认同，合理地修形可以提高齿轮的传 递性能，延长齿轮的使用寿命 [2]。
收稿日期 : 2018-04-17 修回日期 : 2018-05-03
三要素包括：最大修形量、修形曲线、修形长度，
且需要考虑主从动轮彼此之间的分配关系。齿廓
修形最关键的部分就是修形量的选取 [4]。本文采
用齿轮手册 [5] 所推荐的公式
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add Newassemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
基于Romax的变速箱建模及模态分析
基于Romax的变速箱建模及模态分析Romax是著名的机械设计软件，该软件可以用来进行机械系统的建模、仿真和分析，其中包括变速箱的建模及模态分析。
本文将详细介绍Romax的变速箱建模及模态分析流程。
一、变速箱建模在Romax中，变速箱的建模分为三个步骤：建立齿轮、建立轴承和连接齿轮。
1.建立齿轮首先，需要选择相应的齿轮进行建模，可以根据实际情况选择不同类型的齿轮。
进入Romax Gear模块，选择“New Gear”，然后从“Model Library”中选择相应的齿轮。
通常情况下需要填写参数，例如模数、齿轮宽度等，以确保齿轮的正确性。
2.建立轴承建立完齿轮之后，需要对其进行支撑。
在Romax Bearing模块中选择“New Bearing”，然后选择合适的轴承类型，如球轴承、滚子轴承等。
填写相应的参数后，可以将轴承放置在相应的位置上。
3.连接齿轮在将齿轮连接起来之前，需要在Romax Gears模块中选择“New Shaft Assembly”，然后选择正确的轴承类型。
然后在“New Gear”中选择齿轮并放置到相应的位置上，最后将齿轮进行连接。
二、模态分析在建立完变速箱的三维模型之后，就可以进入模态分析。
Romax使用有限元方法来预测变速箱的固有频率和固有振型，以便确定变速箱的可靠性和稳定性。
1.建立模态分析模型模态分析模型需要包括整个变速箱的结构，包括轴、齿轮、轴承、支撑等所有部分。
在Romax中，可以使用“Create New Model”来建立模态分析模型。
在建立模型时需要将齿轮和轴承等等加入到模型中。
2.设置分析参数确定好模态分析模型之后，需要设置一些分析参数，如边界条件、网格密度、模型尺寸和接触范围等等。
设置完这些参数后，可以使用FEA技术进行模态分析。
3.模态分析结果模态分析结果可以得到变速箱的固有频率和固有振型，这些结果可以用来判断变速箱的稳定性和可靠性。
同时，也可以进一步优化设计，以提高变速箱的实际性能。
基于Romax的风电齿轮箱齿轮修形仿真分析_李瑞亮
风力发电机关键部件之一 ， 功率等级从几百千瓦级到
３－４］ ， 如 何 提 高 齿 轮 箱 的 性 能、 兆瓦级 ［ 延长寿命一直
是风力发电 领 域 的 热 点 问 题 。 齿 轮 修 形 正 是 一 种 可 有效改善齿 轮 啮 合 性 能 ， 避 免 出 现 偏 载 等 不 良 现 象， 提高齿轮承载能力 ， 延长齿轮箱寿命的方法 。 本文借助 Ｒ 对 ａ ｘ Ｗ ｉ ｎ ｄ 出色的 仿真 分 析 功 能 ， ｏ ｍ 得 ２． ５ ＭＷ 风电齿轮箱高 速 级 小 齿 轮 进 行 仿 真 分 析 ，
图 ４ 高速齿轮副传动误差变化曲线图
２ 齿轮修形前的仿真分析
根据表 １ 建 模 后 ， 在 等 效 载 荷 作 用 下， 对高速级 齿轮副进行运行模 拟 ， 得到齿面载荷分布情况如图２
修形前 由高速级大小齿轮载 荷 分 布 图 可 以 看 出 ， 高速级齿轮出现极其严重 的 偏 载 现 象 ， 高速级齿轮副 的低速端几乎不承受载 荷 ， 而 高 速 端 载 荷 很 大。这 样 易造成轮齿一端出现早期 胶 合 等 故 障 ， 从而影响齿轮 箱的工作性能 。 从图 ４ 可 以 看 出 ， 修形前的齿轮副传
， 长 修 形 长 度 为 １＝
中心距
） ， 短 修 形 长 度 为 １＝ ε ｐ ｂ（ －１ ｍｍ。
１ （ ） ， 单位为 ｐ ｂ ε －１ ２
常用的修形曲线有直线和抛物线 。 １． ２ 齿向修形 进行齿轮修 形 的 目 的 就 是 使 齿 向 载 荷 分 布 趋 于 均匀 ， 同时齿面上不产生应力集中 。 如果齿面上接触线一直 延 伸 到 轮 齿 端 部 ， 将导致 轮齿的转角处局部应力过 大 ， 从而引起齿面剥落或疲 劳损伤 ， 所以 我 们 在 齿 向 修 形 方 面 ， 对高速级小齿轮 采用齿端修薄 ＋ 鼓形修形 ＋ 螺 旋 角 修 形 的 综 合 方 法 ， 如图 １。
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
基于RomaxCLOUD的风电齿轮箱轴承设计分析及验证
基于RomaxCLOUD的风电齿轮箱轴承设计分析及验证赵圣卿1,2,3，陈原1,2,3，牛青波1,2,3，李燕春1,2,3（1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳471039）摘要：以1.5MW风电齿轮箱高速轴支承轴承NU228轴承为研究对象，利用RomaxCLOUD轴承设计与仿真分析云平台，建立齿轮箱高速轴-轴系统模型，对其主参数、主要结构参数、润滑进行设计分析，并模拟使用工况搭建试验台架，通过台架试验验证了轴承相关参数设计的合理性。
关键词：RomaxCLOUD；风电齿轮箱；圆柱滚子轴承；设计分析；试验验证中图分类号: TH133.3；文献标志码：B 文章编号：Design and Analysis of Wind Turbine Gearbox BearingBased on RomaxCLOUDZhaoShengqing1,2,3,Chenyuan1,2,3,NiuQingbo1,2,3,LiYanchun1,2,3( 1.Luoyang Bearing Science & Technology Co.,Ltd.，Luoyang 471039,China;2. Henan Key Laboratory of High Performance Bearing Technology, Luoyang 471039,China;3. Strategic Alliance for Technology Innovation in Rolling Bearing Industry,Luoyang 471039,China)Abstract:NU228 bearing on the 1.5MW wind turbine gearbox high-speed shaft was researched in this article, using the RomaxCLOUD design and simulation analysis of bearing platform to establish the model of bearing and high-speed shaft - system of gearbox , The design and analysis of the main parameters, main structural parameters and lubrication were carried out.And simulate the working conditions to set up the test bench, The rationality of the design parameters of bearing is verified by the bench test. Key words:RomaxCLOUD；Wind Turbine Gearbox；Cylindrical roller bearing；design and analysis；test verification风力发电机增速齿轮箱是联接风叶主轴和发电机的中间部件，要求寿命长、可靠性高、运转平稳，传动效率高。
用romax软件进行齿轮强度分析报告及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add Newassemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
Romax软件在行星齿轮机构中的应用
Romax软件在行星齿轮机构中的应用摘要本文介绍了四档拉维娜行星齿轮机构换挡工作规律和速比计算。
在Romax软件中建立四档拉维娜行星齿轮机构的虚拟样机模型，仿真分析得到了拉威娜齿轮机构各档的输出转速，与理论计算值完全吻合，传动比的一致性也同时得到验证。
关键词拉维娜行星齿轮机构；传动比；Romax行星齿轮机构广泛应用于车辆的自动变速器中，其速比计算是自动变速器设计的重要内容。
以四档拉维娜行星齿轮机构为例，利用Romax软件建立虚拟样机模型，通过仿真分析，在验证模型参数及结构正确性的同时可以方便求得齿轮机构各档的输出转速与传动比，提高设计效率。
1 拉维娜行星齿轮机构简述图1所示为拉维娜行星齿轮机构。
该行星齿轮机构由一个单行星轮式后行星排和一个双行星轮式前行星排组合而成。
前行星排太阳轮可以被离合器C1带为主动；后行星排太阳轮可以被离合器C2带为主动，也可以被制动器B1制动；共用行星架可以被离合器C3带为主动，也可以被制动器B2制动。
该机构取消了后齿圈，前、后行星排共用行星架，简化了行星齿轮机构。
工作时每个档位为了得到确定的运动和速比，需要结合两个离合器或制动器来实现。
结构紧凑、轴向尺寸小、转速较低。
既可用于前桥驱动车辆，也可用于后桥驱动车辆。
注：1-后排太阳轮；2-后排行星轮；3-前排外行星轮；4-前排太阳轮；5-前排内行星轮；6-共用行星架；7-前排内齿圈C1.前排太阳轮离合器C2.后排太阳轮离合器C3.共用行星架离合器B1.后排太阳轮制动器B2.共用行星架制动器2 拉威娜行星齿轮机构换挡工作规律、传动比2.1 换挡工作规律拉维娜行星齿轮机构各档工作规律如表2所示。
1档、2档为减速前进档，3档为直接档，4档为超速档。
与三档拉维娜行星轮系机构相比，四档拉维娜行星齿轮机构多了共用行星架离合器C3，因此可以比三档拉维娜行星齿轮机构多一档，即4档（超速档）。
在三档拉维娜行星齿轮机构中，3档（直接档）的实现是通过接合离合器C1、C2来实现的。
ROMAX齿轮动力学分析和优化资料
万方数据
学校代号：10731 学 号：122080201078 密 级：公开
兰州理工大学硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分析及 优化
学位申请人姓名： 导师姓名及职称： 培 养 单 位： 专 业 名 称： 论文提交日期 ： 论文答辩日期 ： 答辩委员会主席：
王彬 郭润兰 教授 黄华 副教授 机电工程学院 机械制造及其自动化 2015 年 4 月 15 日 2015 年 6 月 9 日 余生福 正高级工程师
万方数据
Dynamic Analysis and Optimization of the Gearbox Based on ROMAX by WANG Bin
B.E. (Lanzhou University of Technology) 2011
A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in
学校代号 10731 分 类 号 TH131
学 号 122080201078
密级
公开
硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分 析及优化设计
学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方向 论文提交日期
王彬 机电工程学院 郭润兰 教授 黄华 副教授 机械制造及其自动 先进制造技术 2015 年 4 月 15 日
Mechanical Manufacture and Automation in the
School of Mechanical and Electronical Engineering of
Lanzhou University of Technology
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程资料
用r o m a x软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按选择轴承界图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
RomaxDesigner自编教程(减速器、变速箱动态分析)
一、行业软件介绍1、MASTA(英国SMT技术公司)MASTA 是当今世界上功能最强，覆盖面最宽，技术最深，实用性最强的传动系统选配、设计/开发、制造一体化大型专用软件系统。
MASTA 软件应用涵盖了舰船(包括工业齿轮箱、风电齿轮箱等)、车辆（包括变速器、驱动桥和分动器）和航空领域。
MASTA 包含两部分：设计分析部分和齿轮制造部分，针对车辆，还有整车匹配部分。
设计分析部分包含三个方面的功能：建模或设计功能，分析功能，优化功能。
这三方面的功能都覆盖三个层面：零件，部件或称子系统，总成或称系统2、Romax Designer(英国Romax公司)Romax 是一家集软件工具开发和传动项目咨询为一体的公司，在传动领域有超过十二年以上的经验；总部设在英国，在欧洲、美国、日本、韩国、澳洲、印度等均开办有办事处。
由Romax 公司积累多年经验开发的Romax Designer 主要应用于齿轮传动系统虚拟样机的设计和分析，在传动系统设计领域享有盛誉，目前已成为齿轮传动领域事实的行业标准。
Romax 用来建立齿轮传动系统虚拟样机模型，还包括详细部件强度和可靠性分析，及传动系统振动噪声分析，大大加速传动系统的设计和开发流程。
在Romax 中，考虑结构柔性，同时考虑更多实际情况，如装配误差及轴承间隙、预载等。
Romax Designer 应用很广，其中包括汽车、船舶、工程机械、风力发电、工业、轴承以及航空航天等领域的齿轮传动系统的设计。
3、KISSSOFT HIRNWARE (瑞士软件)KISSSOFT 是一款用于机械传动设计分析的软件,计算操作过程简便,计算结果精确。
对于各类零件如齿轮、弹簧、链轮、花键、键、轴承等很多的零件提供了计算方法，类似于中国的机械设计手册，功能十分齐全。
唯一不足的是该软件计算整个系统传动时，操作性、结果不如Romax 和Masta 详细方便。
4、MDESIGN (德国软件)机械传动设计软件大牛MDESIGN，包括类似中国的机械设计手册，集成MATHCAD的机械计算程序包，标准零件库，齿轮，轴，花键，轴承计算，齿轮计算包括齿轮箱设计，齿轮设计，行星轮设计，包括使用标准进行计算强度已经有限元计算强度。
齿轮箱专用振动信号分析方法
齿轮箱专用振动信号分析方法齿轮箱振动信号的特点是频率成分复杂，存在大量的调制现象，并且齿轮箱（特别是行星齿轮箱）内部的故障信号传递路径长，冲击脉冲比较弱，易受其他信号干扰，被幅值大的转动轴振动信号掩盖，基本的频谱分析有时效果不理想，需要根据结构特点，采用一些专用的分析方法一、多轴系阶比跟踪技术计算阶比跟踪技术（Computed Order Tracking）对齿轮箱分析非常适用，特别是变速齿轮箱的低速轴分析，由于转速低，测量5-10个转动周期需要耗时很长，加上转速变动，如果不做阶比跟踪采集，得到的振动信号直接做FFT，频谱存在非常严重的“模糊”现象（谱线相互重叠，不清晰，不便于故障识别和分析）。
图1：阶比跟踪采样图2：普通频谱分析图3：计算阶比跟踪分析图4：计算阶比跟踪分析局部放大（啮合频率和边带明显）齿轮箱类设备因为有多个齿轮轴，采用多轴系阶比跟踪分析，很多时候分析结果非常直观，直接从不同转轴的阶比跟踪采样波形就能得到故障信息。
图5：中间轴故障图6：输出轴故障二、齿轮箱振动分析Circular图技术下面三张图分别是一个齿轮箱输入轴（高速）、中间轴、输出轴（低速）的Circular图，三个轴的转速比是1:3:5。
可以直观的看到输出轴存在故障。
图7：输入轴振动Circular图图8：中间轴振动Circular图图9：输出轴振动Circular图下图是一个行星齿轮箱的齿圈故障时的振动Circular图。
该行星齿轮箱有三个行星轮。
图10：齿圈有1个断齿时的Circular图三、阶比包络谱技术包络分析对于齿轮箱及其内部的滚动轴承故障分析和故障定位非常有效，包络分析可以有效提取齿轮箱、轴承部件存在缺陷时的高频冲击脉冲信号，但是如果齿轮箱转速不稳定，存在转速变动，这种冲击信号的周期也是随转速变动的，直接进行包络分析效果不好。
采用阶比包络分析技术可以消除转速波动的影响，得到非常清晰的诊断图谱。
图11：频谱分析图12：普通包络分析图13：阶比包络分析四、阶比边带能量比技术齿轮箱振动信号频谱最基本的特征是啮合频率和转轴边带信号。
齿轮箱专用振动信号分析方法
齿轮箱专用振动信号分析方法齿轮箱振动信号的特点是频率成分复杂，存在大量的调制现象，并且齿轮箱（特别是行星齿轮箱）内部的故障信号传递路径长，冲击脉冲比较弱，易受其他信号干扰，被幅值大的转动轴振动信号掩盖，基本的频谱分析有时效果不理想，需要根据结构特点，采用一些专用的分析方法一、多轴系阶比跟踪技术计算阶比跟踪技术（Computed Order Tracking）对齿轮箱分析非常适用，特别是变速齿轮箱的低速轴分析，由于转速低，测量5-10个转动周期需要耗时很长，加上转速变动，如果不做阶比跟踪采集，得到的振动信号直接做FFT，频谱存在非常严重的“模糊”现象（谱线相互重叠，不清晰，不便于故障识别和分析）。
图1：阶比跟踪采样图2：普通频谱分析图3：计算阶比跟踪分析图4：计算阶比跟踪分析局部放大（啮合频率和边带明显）齿轮箱类设备因为有多个齿轮轴，采用多轴系阶比跟踪分析，很多时候分析结果非常直观，直接从不同转轴的阶比跟踪采样波形就能得到故障信息。
图5：中间轴故障图6：输出轴故障二、齿轮箱振动分析Circular图技术下面三张图分别是一个齿轮箱输入轴（高速）、中间轴、输出轴（低速）的Circular图，三个轴的转速比是1:3:5。
可以直观的看到输出轴存在故障。
图7：输入轴振动Circular图图8：中间轴振动Circular图图9：输出轴振动Circular图下图是一个行星齿轮箱的齿圈故障时的振动Circular图。
该行星齿轮箱有三个行星轮。
图10：齿圈有1个断齿时的Circular图三、阶比包络谱技术包络分析对于齿轮箱及其内部的滚动轴承故障分析和故障定位非常有效，包络分析可以有效提取齿轮箱、轴承部件存在缺陷时的高频冲击脉冲信号，但是如果齿轮箱转速不稳定，存在转速变动，这种冲击信号的周期也是随转速变动的，直接进行包络分析效果不好。
采用阶比包络分析技术可以消除转速波动的影响，得到非常清晰的诊断图谱。
图11：频谱分析图12：普通包络分析图13：阶比包络分析四、阶比边带能量比技术齿轮箱振动信号频谱最基本的特征是啮合频率和转轴边带信号。
Romax软件在驱动桥齿轮传动系统中的应用
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３工 程 实践 应 用 算 例 ．
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根据所建的 Ｒ ｍａ ｏ ｘ虚拟样机模 型 ， 一个载荷谱工 况下 ， 在 可对齿轮 传动系统刚度和强度 、 系统动态激励 和系统频 响进行分析 。由于篇 幅有 限， 本文只对主动锥齿轮轴的静强度进行校核 ， 主动锥齿轮主要参数见 表 ２ 。 表 ２ 主动锥齿轮 主要参数
行了详 细的阐述 。驱 动桥是 铰接式 自卸车传动 系统最重要 的组成 部件 之一 ， 其工作性能对整车工作性能有着 至关重要 的影 响。 如果设计不 当 会导致驱动桥在整车报废前提前 失效 ， 因此 ， 对驱动 桥传动系统进行 合 理的设计及准确分析 ，为驱 动桥传动系统 的参数 化和结构优化提供 参
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科技信息
博 士 ・ 家论 坛 专
Ｒ ｍａ ｏ ｘ软 件 在 驱 动 赫 齿 轮 传 动 系 统 由的 应 用
淮 阴工 学院 赵 志 国 长城 汽车 股份 有 限公 司 李海 涛
［ 摘 要］ 驱动桥作为铰接 车传动 系统的 关键部件， 其工作性 能对 整车性能有着至关重要 的影响 。 本文介绍 了Ｒｏ ￣ ｍ， ｘ软件在驱动桥 中 的应 用， 并建立 了驱动桥齿轮传动 系统虚拟样机 ， 以主动锥齿轮轴为例 ， 进行 了静 强度校核。结果表 明， 主动锥齿轮 轴满足 强度要求。 ［ 关键词 ］ ｍ 驱动桥 齿轮传动 Ｒｏ Ｔ ３５ 型 ４ｔ Ｌ ４Ｊ ５ 铰接式 自卸 车为秦皇 岛通联重工 与北京科技大学 联 合开 发 设 计 的 ， 自主设 计 了贯 通 式 驱 动 桥 ， 献 【］ 贯 通 式 驱 动 桥 进 并 文 １对
齿轮箱振动测试与分析
文章编号:1009-3486(2004)06-0083-06齿轮箱振动测试与分析Ξ程广利1,朱石坚1,黄映云1,王 基2,伍先俊1(1.海军工程大学振动与噪声研究所,湖北武汉430033;2.海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033)摘 要:在对某型齿轮箱的模态、振动烈度和振动加速度进行测试的基础上,详细分析了测试结果.模态测试得到了齿轮箱的振型和模态参数,振动烈度测试结果表明该齿轮箱处于良好工作状态,振动加速度测试结果显示该齿轮箱的减振措施达到了预期的效果.最后,对测试提出了建议.关键词:齿轮箱;振动;模态测试;振动烈度;振动加速度中图分类号:TH132.41 文献标识码:AVibration measurement and analysis of gearboxCHEN G Guang 2li 1,ZHU Shi 2jian 1,HUAN G Y ing 2yun 1,WAN G Ji 2,WU Xian 2jun 1(1.Inst.of Noise &Vibration ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China ;2.Power Eng.College ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China )Abstract :On the basis of the measurement of model ,vibration severity and vibration acceleration of a cer 2tain kind of gearbox ,the measurement results are presented in detail.The result of modal mea 2surement gets the vibration model and modal parameters of the gearbox ,and the result of vibration severity mea 2surement makes it clear that the gearbox is in good condition ,and the result of vibration acceleration 2measurement indicates that the vibration reduction reaches the prospective effect.Some advice for the mea 2surement is given finally.K ey w ords :gearbox ;vibration ;modal measurement ;vibration severity ;vibration acceleration现代舰船动力装置的数量和类型繁多,而各设备的重要程度差别较大,其中保障包括主动力和齿轮箱等在内的对舰船航行影响较大的机械设备的正常运行就显得更加重要.齿轮箱本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生舰船辐射噪声的主要根源[1].研究齿轮箱的振动时,除了要了解系统的激励因素外,还要知道齿轮箱的固有振动特性[2].由于振动监测分析法具有诊断速度快、准确率高和能够实现在线诊断等特点,所以它是对齿轮箱进行故障诊断最有效、最常用的方法.其中试验是振动监测分析法的一个重要的途径,通常的试验包括模态试验和航行振动试验[3].模态测试是在静态、无任何运行影响的条件下进行的,可以得到齿轮箱的固有特性.振动烈度是衡量齿轮箱在实际运行过程中振动强弱的指标.振动加速度则反映了齿轮箱的振动传递特性.作者在对某型齿轮箱的模态、振动烈度和振动加速度进行实际测试的基础上,详细分析了测试的结果.由于该齿轮箱体积庞大、结构复杂,且已经安装在舰艇上,导致测试中存在测试点数目多、测试环境限制条件多等不利因素,对于此类大型齿轮箱尚无振动测试的全面资料,所以此次测试意义重大,为该型齿轮箱的保养和维修提供了第一手资料.1 齿轮箱模态测试和分析对齿轮箱进行模态分析或实验模态分析为其动态特性、结构设计和性能评估提供了一个强有力的 第16卷 第6期 2004年12月 海军工程大学学报 JOURNAL OF NAVAL UN IV ERSIT Y OF EN GIN EERIN G Vol.16 No.6 Dec.2004 Ξ收稿日期:2004206208;修订日期:2004207212作者简介:程广利(19762),男,硕士生.工具,可靠的实验结果往往作为产品性能评估的有效标准[4].根据模态测试的结果可进行模态参数识别,其主要任务是从测试所得的数据中确定振动系统的模态参数,其中包括模态固有频率、模态阻尼比和振型等.同时在实际工作中还可利用模态参数等结果进行故障判别,使其日益成为一种有效的故障诊断和安全检测方法.1.1 模态试验理论试验模态测试的基本原理是将齿轮箱箱体离散化,箱体的振动可以假设为具有n 自由度的线弹性振动系统,其振动微分方程表示为[5]:M x ・・(t )+C x ・(t )+K x (t )=P (t )(1)式中:M 、C 、K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,各为n ×n 阶的实对称矩阵;x (t )、x・(t )、x ・・(t )分别为系统位移、速度和加速度响应列向量,各为n 阶;P (t )为n 阶激振力列阵.将(1)式两边分别作傅立叶变换,令x (t )=X e j ωt 可得到X (ω)=H (ω)P (t )(2)式中:H (ω)为位移频向函数矩阵.当在i 坐标激振,j 坐标测量的频率响应函数为:H ji (ω)=∑nr =1φjr φirω2M r +jωC r +K r (3)但在实际测试中,一般通过功率谱密度来求得系统的频率响应函数如下式[6]:H (ω)=G PX (ω)G PP (ω)(4)式中:G PX (ω)、G PP (ω)分别为输入输出互功率谱密度和自功率谱密度.采用互谱分析多次平均后可减少噪声,利于模态识别. 图1 模态测试分析系统框图1.2 测试方案本次测试采用锤击模态测试方法,即单点敲击单点测响应,固定敲击点移动响应点的测试方法.要求力锤敲击时没有连击,用力大小均匀且测试对象响应适中,每点平均锤击4次,信号大小满足信噪比.选择敲击点要避开节点、接近区域几何中心等因素.为了避免因响应点选择不当可能造成的模态泄漏,响应点应选择在非对称轴线(或对称平面上),并经多次初步反复测试后确定.该齿轮箱采用减振橡胶器弹性隔振方式,所以测试中采用原装支承方式.系统的采用频率分别采用2000Hz 和5000Hz.模态测试分析系统框图如图1所示.1.3 测点布置 为了对齿轮箱的模态进行测试,首先对齿轮箱进行结构分析和几何尺寸测绘,并对其进行初步有限元计算和固有频率分布范围估计.预估结果表明由上下箱体组成的齿轮箱的上箱体各阶模态较为密集,所以在上箱体布置了416个测点,下箱体布置了96个测点,共计512个测点.布点原则是保证可以激发出齿轮箱体的各阶模态,对于轴承座等重要部位以及能够引发较大噪声的部位多布点.在箱体上标出各测点的位置,并逐一进行编号.舰艏端轴侧测点布置图(前端面和左立面)如图2所示.・48・海 军 工 程 大 学 学 报 第16卷 图2舰艏端轴侧测点布置图(前端面和左立面)1.4 数据处理和分析用U TEK 系统中通过U TEKSS 数据采集处理与分析软件包对所采集的数据进行处理,建立该齿轮箱工程数据.向U TEK 系统U TEKMA 结构模态分析软件包中输入各测点坐标,连线使之形成模态几何网格.模态分析计算过程中,采用实模态分析法.根据固有频率的密集程度,选择适当带宽,进行初始估计,然后进行整体曲线拟合,求出频响函数,并对模态振型进行综合化处理,即对测量方向、约束方程和模态振型按模态质量归一化处理.通过上面的数据处理后,可以获得如表1所示的1100Hz 以内前18阶模态的模态参数.表1 1100H z 以内有前18阶模态的模态参数模态阶数频率/Hz阻尼比/%11325.421712.332185.442413.052905.463584.673925.484704.595372.7模态阶数频率/Hz阻尼比/%106093.6116753.1127732.7138132.7148893.6158991.9169423.6179692.71810042.3 从分析得到的振型图来看,1阶振型大体沿轴向摆动;2阶振型情况不定;3阶振型大体沿横向摆动;4阶振型大体绕垂向扭转,其它振型皆是上述振型的复合运动.从振型动画图3(a )和(b )来看,齿轮箱上箱体的振动远比下箱体的振动大,这与预估的结果是一致的.轴承座位于上箱体,所以上箱体的大幅度振动使得轴承座的振动也比较大,这就使得齿轮在运转过程中的对中受到影响,进而敲击齿面引发振动与噪声,这也是齿轮箱产生振动与噪声的一个重要根源,在对齿轮箱进行振动控制时要对其进行相应的处理.・58・ 第6期 程广利等:齿轮箱振动测试与分析 图3 振型动画图2 齿轮箱振动烈度测试和分析振动烈度是指在机组测点上测得的3个正交方向上振动速度有效值的向量和的模.它是衡量机组振动强弱的指标,可以用来评价隔振后机组振动是否满足规定的要求,实际上它反映的是测点上机组振动能量的大小[1].图4 某型舰主汽轮机及减速齿轮箱测点布置示意图本次测试仪器采用B &K2513测振仪.测试环境为3级海况以下、直线航行,非航行必须启动设备处于关闭状态,齿轮箱处于正常、稳定工作状态.测试工况依次分别为双车进四、主轴转速为150r/min ;双车进三、主轴转速为105r/min ;单车进三、主轴转速为105r/min ;单车进四、主轴转速为150r/min.分别在机脚、轴承盖、齿轮箱顶部等能反映齿轮箱振动全貌的位置处布置10个测点,对其进行逐一编号,要求各测点无明显局部振动,测点布置如图4所示(图中左为主汽轮机,中间为轴承座,右为齿轮箱).测试分析频率范围为10Hz 到1000Hz.通过计算得出该齿轮箱测试各工况下的振动烈度依次是1.18mm/s ,1.21mm/s ,0.60mm/s ,1.16mm/s ,按照G B11347-89《大型旋转机械振动烈度现场测量与评定》考察,该齿轮箱振级评定为A 级,机器处于良好工作状态.工况为单车进三、主汽轮机转速105r/min 的各点各方向的振动速度如表2所示.表2 工况为单车进三、主汽轮机转速105r/min 的各点各方向的振动速度测点号垂向振动速度V 垂/mm ・s -1纵向振动速度V 轴/mm ・s -1横向振动速度V 横/mm ・s -110.350.300.3520.450.400.4030.350.55-40.300.500.2650.300.260.1860.180.260.2270.300.28-80.700.40-90.350.400.30100.50-0.35测点数目N i1097各向振动速度平均值∑V iN i0.380.370.29 注:表中“-”表示由于机械结构原因,该点此方向上不能测量到振动速度.・68・海 军 工 程 大 学 学 报 第16卷 按照H JB 38.75-90《常规动力潜艇系泊、航行试验规程———机组振动》评定,该设备属于第四类,振级评定为A 级,机器处于良好工作状态.对各测点测试结果进行比较后,发现振动烈度较大的点大都集中在轴承座附近.3 齿轮箱加速度测试和分析齿轮箱是形成水噪声主要来源之一,极大地影响了舰船的隐蔽性,所以要实测齿轮箱机脚的振动能量大小和隔振效果.通常通过测量齿轮箱1/3倍频程加速度振级来衡量齿轮箱机脚的振动能量大小,通过测量齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差对其隔振效果进行评估.振级落差是指被隔振设备振动响应有效值与对应基础响应有效值之比的常用对数的20倍[1].测试环境和测试工况同振动烈度测试.测试仪器包括丹麦B &K4371加速度传感器、B &K 2635电荷放大器、美国DP104动态信号采集及分析系统.在机组机脚四周靠近隔振器安装点处选取5个测点(称为上测点),对应每个机脚测点选取舰体安装基座测点(称为下测点).参照标准为G JB763.4-89《舰船设备结构振动加速度测量方法》和G JB763.2-89《舰船噪声限值和测量方法———舰船设备结构振动加速度验收限值》.频率范围为10Hz 到10000Hz.3.1 齿轮箱1/3倍频程加速度振级测试结果和分析根据G JB763.2-89可知齿轮箱属第三类设备,结构振动加速度验收限值为105μm/s 2.从各工况上测点结构振动加速度1/3倍频程谱图可知,在400Hz 以下的低频段各工况绝大多数上测点结构振动加速度1/3倍频程中心频率的加速度振级在验收限值以内.工况为单车进三、主轴转速为105r/min 时5号测点加速度振级实际测量值与限值比较如图5所示.图5 单车进三、主轴转速为105r/min 时5号测点加速度振级实际测量值与限值的比较图3.2 齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差测试结果和分析在各工况下齿轮箱单层隔振装置隔振效果(振级落差)依次为19.3dB ,13.4dB ,17.6dB ,17.0dB ,参照标准可知齿轮箱处于正常工作状态.4 结 论(1)从模态实验分析的结果看,该型齿轮箱的频率比较密集,这与其复杂结构是相对应的;通过比较测得的固有频率来看,其固有频率都不在传动系统的共振区;振动烈度测试结果表明该齿轮箱处于良好工作状态;齿轮箱1/3倍频程加速度振级测试结果表明该齿轮箱机脚的振动符合标准;齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差的测试结果表明对该齿轮箱的减振达到了预期的效果.这些结果充分说明该齿轮箱的设计较为合理,齿轮箱使用正常.(2)本次实验测试结果对于提高该型齿轮箱的可靠性和维修性起着重要作用,对其日常保养、状态检测有着重要的现实意义.・78・ 第6期 程广利等:齿轮箱振动测试与分析 (3)运用模态分析法得到的齿轮箱的动态特性具有其局限性,因为它仅适合于低中频段,而在高频段因模态叠加无法分辨,实际上高频振动对于分析齿轮箱的振动机理和隔振有着重要意义,所以应结合其它方法如能量分析法等对其高频动态特性进行更为精确的分析.(4)测试中环境噪声对测试影响应在分析中予以充分考虑,才能使测试结果更加准确.参考文献:[1] 朱石坚,何 琳.船舶机械振动控制[M ].北京:国防工业出版社,2003.[2] 吴新跃,朱石坚.人字形齿轮传动的振动理论分析模型[J ].海军工程大学学报,2001,13(5):13-19.[3] 金咸定.船舶结构动力学的进展与信息化[J ].振动与冲击,2002,21(4):1-6.[4] 曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析———理论、实验与应用[M ].天津:天津大学出版社,2002.[5] 傅志方,华宏生.模态分析理论与应用[M ].上海.上海交通大学出版社,2000.[6] 卢文祥,杜润生.机械工程测试・信息・信号分析[M ].武汉:华中科技大学出版社,2003.(上接第40页)表2 基本层厚度固定计算阻尼层厚度条件 算例内容 结 果(a )梁1基本层厚度0.03m ;梁2基本层厚度0.01m 梁1阻尼层厚度0.00001m ;梁2阻尼层厚度0.0515m (b )梁1基本层厚度0.01m ;梁2基本层厚度0.03m梁1阻尼层厚度0.044m ;梁2阻尼层厚度0.00001m (2)将基本层厚度和阻尼层厚度都设定设计变量设结构基本层最小厚度大于0.005m ,阻尼层最小厚度大于0.00001m.优化计算得数值:梁1基本层厚度0.025m ,梁1阻尼层厚度0.00001m ,梁2基本层厚度0.005m ,梁2阻尼层厚度0.028m.尽管梁1阻尼层厚度值和梁2的基本层厚度值都取边界值,但仍可以看出趋势:增大梁1基本层厚度和增加梁2阻尼层厚度有利于减小梁2的振动能量.通过(13)和(17)式,可见增大梁1基本层厚度能够很快减小结构导纳实部G ,所以减小力对梁1的输入功率,η12也略有减小,而此时n 1<n 2,所以应增大η2,由(11)式分析出有利于减小梁2的能量.以上只是对简单的2结构系统进行分析,随着结构复杂度的增大,结构参数的寻优过程是在优化算法中完成的.由于统计能量法具有阻尼灵敏度分析功能,其合理性是不言而喻的.3 结 论由统计能量法计算得出的结构频段平均能量值具有很好的鲁棒性,适于优化程序.文中建立了统计能量法的通用优化模型,并对一个由2根梁构成的模型进行了优化设计.计算结果表明该模型具有阻尼布置寻优和结构优化设计功能.该优化模型可用于复杂系统的优化设计中.参考文献:[1] 姚德源,王其政.统计能量分析及其应用[M ].北京:北京理工大学,1995.[2] 文功启.高速船结构噪声传播及其阻尼被动控制的研究[D ].武汉:武汉理工大学,2002.[3] 吴玉恒.噪声与振动控制设备选用手册[M ].北京:机械工业出版社,1988.・88・海 军 工 程 大 学 学 报 第16卷 。
基于Romax的齿轮精度对传动误差影响的仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.17.044基于Romax的齿轮精度对传动误差影响的仿真分析卢西山，李丹，张标（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230022）摘要：Romax是一款广泛应用于的汽车变速器领域且功能强大的计算仿真软件，主要用于变速器机械零件（齿轮、轴、轴承等）的参数设计、强度计算及性能仿真优化。
文章借助Romax软件，就某变速器档位齿轮精度对于齿轮副传动误差的影响进行仿真分析，为设计优化及降低成本提供依据。
关键词：汽车变速器；齿轮精度；传动误差（TE）中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)17-132-03Simulation On Influence Of Transmission Error From Gear Accuracy Base On RomaxLu Xishan, Li Dan, Zhang Biao( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230022 )Abstract:Romax is very useful simulation software using in vehicle transmission field, which is used for parameter calculation, strength calculation and optimization design of gears, shafts, bearings and so on. This paper calculate and simulate the transmission error of gear pairs based on Romax, which using in some kind of vehicle transmission, therefore, optimizing design and costing reduction.Keywords: Vehicle Transmission; Gear accuracy; Transmission Error（TE）CLC NO.: U462 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)17-132-03前言齿轮是汽车变速器中的核心零部件。
齿轮箱振动信号分析及故障检测与诊断
齿轮箱振动信号分析及故障检测与诊断摘要：随着企业对机械设备的科学管理与维护的需求日益迫切，而齿轮箱在大型机械设备中更是得到广泛应用，对齿轮箱运行状态是否故障的检测和诊断成为企业的一大忧患。
最常用的对齿轮箱故障的检测便是通过对其四个不同部位加装加速度传感器，这种方法能在齿轮箱不停机的时候进行，便捷且节约时间。
本文则阐述了如何通过分析传感器采集到的振动信号，来检测和诊断齿轮箱的运行状态。
关键词：齿轮箱、故障诊断、特征统计值、相关性分析、机器学习随着科学技术的提高，各种机械设备的出现，人们对机械设备的管理与维护有着日益迫切的需求。
优质的机械维护不仅能降低企业运行的成本，更能提高机械的生产效率，因此为保障机械的安全与长久运行，企业也愈发重视对设备运行的监测。
在大型的旋转机械设备中，齿轮箱的应用十分频繁，在汽车、风机等中都屡见不鲜，但也极易损坏。
利用加速度传感器采集到的振动信号，然后根据振动信号进行分析，得出其是否故障或处于何种故障状态。
如何对振动信号的进行科学分析也自然成为备受关注的一大问题。
一、基于振动信号的主要特征统计值的故障检测模型首先，我们通过安装在正常运行的齿轮箱的四个不同部位的加速度传感器，采集正常状态下齿轮箱的振动信号。
对于出现不同故障的齿轮箱，我们同样采用安装加速度传感器的方式，采集各种故障状态下的振动信号数据。
当我们通过加速度传感器得到了大量振动信号后，可先对原始数据进行可视化处理（画出正态分布图像），直接观察正常状态下与不同故障状态下的振动信号的差异。
为了进一步的分析差异与规律，可计算出各组数据的主要统计特征值，并绘制正常状态下与不同故障状态下振动信号的平均值、峰值、峰度、偏度的折线图来呈现差异。
通过分析各项特征统计值的差异大小，最终确定用来描述差异的特征值。
但是由于传感器的振动信号数据庞大且无序，直接观察原始数据计算得到的统计特征值难以判断齿轮箱是否处于故障状态，故需要对原始数据进行一定的处理。
基于Romax的电动车减差速器振动特性分析
５６ ， 与两个半轴齿轮 ７ ８ ， 形成差速器．
７ 一半 轴 齿 轮 ．８ ９－ －输入 轴 ｌ － 间轴 ０－ 中
ｌ一 】 差速 器壳 体 齿轮
图 １ 电动汽车传动 系统结构 简图
１ 减差 速 器传 动 系统 及 Ｒ ｍａ 型 ｏ ｘ模
电动汽车以电动机作为动力来源 ， 电机在很大 的速 度 范 围内保 持恒 定 的输 出转 矩 ， 因此 电动小 车 不需要传统的多档变速箱 ， 只需要一个单一传动 比 的减速 器 ， 动 系统 中没 有 同 步器 、 圈 等换 挡 装 传 挡 置， 减速器的主要组成部分是齿轮传动装置． 图 １为本 文 所 研究 的 电 动小 车 减 速 器 的 系统 结构简图， 减速器将两级齿轮传动装置和差速器集 成 为一体 ． 轮 １２ ３， 渐 开 线 斜 齿 圆 柱 直 齿 齿 ， ， ４为 轮， 齿轮 ５６ ７ ８为直齿锥齿轮． 轮 １与输入轴 ， ，， 齿 ９做 成一 体 ， 轮 ２， 齿 ３固结 在 中 间 轴 １ ０上 ， 圈 ４ 齿 通过螺栓固结在差速器壳 体 ｌ 上 ， １ 两个行星齿轮
Ｒｏ ｌ ｓａ ｅｉ ｌ Ｄｉ ｔｎｃ ｎＴｅ ｔ ｏｍ ｅ ｈＦｒ ＳＡＰｏ Ｔｏ ｈｌｆ ｒｉ ｕ ｈ ｔ Ｐ ｎ ｏ ｆ ｏｔ ｏ ｎｐ ｔｓ ａｆ１ ｉ ｉ ｎｌ
图 ５ ５０ ｒｍ ｎ ６ ０／ ｉ 一级齿轮副传递误差 曲线
第３ Ｏ卷 第 ４期
２１ 年 Ｏ 月 ０２ ７
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ｆ ｉ ｕ ｉ ｎｖ￣ ｔ Ｎ ｔｒ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏｍＭ ｏ ａ ｓ Ｕ ｉｅ ｉ Ｊｍ ｙ（ ａｕＭ Ｓ ｉ ｅＥ ｉｏ ） ｎ ｉ
Ｖｏ． ０ Ｎｏ． １３ ４
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摘要齿轮箱作为风电机组中最重要的传动部件,负责将风轮叶片的低转速转换为发电机所需要的高转速，实现能量与扭矩的高效传输；振动是风电机组齿轮箱故障失效的主要原因，随着机组容量的增加, 长期处于恶劣条件下的齿轮箱，由于结构体积的增大和弹性增加，更易引发振动问题。
本文主要研究齿轮箱在变速变载下的振动特性，基于Romax软件建立齿轮箱的振动模型，分析齿轮箱各级齿轮的啮合频率和固有频率。
本文研究内容可为风电机组齿轮箱的优化设计、故障、预防和处理提供技术基础。
关键词: 齿轮箱,固有频率,啮合频率,共振,RomaxABSTRACTGear box is the most transmission Parts in the Wind turbine,it is responsible for the low-speed wind turbine blade into the high-speed generator required to achieve the efficient transmission of energy and torque.Vibration is the main reason of wind turbine gear box failure , along with the increase of unit capacity, long-term adverse conditions in the gear box, due to the increase of the structure and flexibility to increase volume, caused more vibration problems.This paper mainly research gear box's vibration characteristics in the speed change, established gearbox vibration model based on Romax software,analysis of gearbox gear mesh frequency and levels of natural frequency.The contents of this paper provide wind turbine gearbox optimized design, failure for technical basis for the prevention and treatment.Key words : Gear Box , Natural frequency , Meshing frequency, Resonance, Romax目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3本文工作 (3)1.4本章小结 (3)第2章风电机组齿轮箱力学特点 (4)2.1 前言 (4)2.2 风电机组齿轮箱机械结构 (4)2.3 风电机组齿轮箱外部载荷 (5)2.4 风电机组齿轮箱内部激励 (6)2.5 齿轮箱振动机理 (6)2.6 机械振动系统 (8)2.7本章小结 (10)第3章基于romax的风电齿轮箱建模 (11)3.1世界各地对romax的应用 (11)3.2 Romax软件介绍 (11)3.3 Romax建模 (12)3.4本章小结 (17)第4章固有频率和啮合频率分析 (18)4.1传动比及啮合频率计算 (18)4.2固有频率和啮合频率分析比较 (21)4.3本章小结 (22)第5章结论和展望 (23)5.1结论 (23)5.2展望 (23)参考文献 (24)致谢 (25)第1章绪论1.1 选题背景和意义在人类越来越渴望清洁能源和环保能源的大时代背景下，风电作为一种新兴的清洁能源，受到全世界人类的广泛关注。
美国，德国，日本等国家都在积极地研究风电这一清洁、高效的发电方式。
在中国，风电也在蓬勃发展，金风，华锐，明阳这些企业已经走在了科研的前列，而东方汽轮机厂，华能也新建了风电厂。
从九十年代到2007年，我国风电机组装机总容量已超过560万kW，风电机组共计6469台，分布在全国22个省、市和自治区。
目前已装机的风电机组中，大部分采用的是水平轴结构，并采用齿轮箱作为风轮与发电机之间的传动部件。
齿轮箱负责将风轮叶片的低转速转换为发电机所需要的高转速，实现能量与扭矩的高效传输。
因此，齿轮箱是风电机组中最重要的传动部件。
风电齿轮箱具有质量大、重心高等特点，随着风电机组装机容量的不断增大，轮毂高度逐渐增加，齿轮箱受力变得复杂化，这就造成有些齿轮箱可能在设计上存在缺陷。
一般风电机组都安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难。
由于齿轮箱长期处于这样的恶劣条件下，会出现粘附磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、微动磨损和气蚀等失效形式，轻则导致润滑油失效，重则轴、轴承、轮齿的断裂，导致风电机组的停机[5]。
在变速变载这样的情况下，还会出现轮齿折断、齿面点蚀等的情况。
根据国际上有关机构对25台实际运行机组在3个月时间段的故障统计，机组各部件故障造成发电量损失见图1，齿轮箱是风电机组中故障率最高的部件，其主要失效形式为轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形[6]。
图1-1 风电机组故障所造成的发电量损失估计上述齿轮箱失效形式主要由风电机组所承受的变速、变载的复杂作用力引起，其故障特点皆可通过齿轮箱的振动信息表征出来。
因此，分析大型风电机组齿轮箱的振动特点，对于判断零件的失效原因，明确故障部位，并对齿轮箱进行优化设计具有指导意义。
1.2国内外研究现状1.2.1 国外研究现状由于人类认识到风能是清洁、可再生能源，因此世界的风力发电工业正以不同的方式提高风力发电的经济性，各国的公司也都在想方设法提高现有的技术水平，选择最优秀的设计方案。
对振动特性的研究和应用，美国、德国已经走在了世界的前列。
在国外，已经把齿轮的振动和噪声问题作为评价一个齿轮装置好坏的重要因素[7]。
齿轮的振动和噪声问题这个问题引起了世界范围内的广泛关注。
而对齿轮箱的振动模型的建立及其仿真系统已经在德、美这些发达国家中指导并应用在风力的发电当中了，对于齿轮箱的固有频率和啮合频率的研究已经处于世界前沿，使用了如有限元法、使用计算机软件等有效的手段，对影响齿轮箱振动的因素分析比较透彻，并能有效地减小这些影响因素，从而为风电机组齿轮箱的故障分析和判断提供了非常好的平台。
1.2.2 国内研究现状国内由于风力发电机行业本身起步较晚，很多风电技术还不成熟，处于探索阶段。
对于齿轮箱振动特性的分析还处于起步状态，在国内风力发电机上的运用还比较少。
目前我国还没有相关的振动标准，对整个齿轮箱系统模型进行了模态分析和动态响应分析，得出了齿轮箱的固有特性和箱体表面的振动响应曲线，而对成果的检验和应用还没有完善的技术。
但是我们国家已经有企业致力于这方面的研究，通过建立各种模型，对轮齿进行受力分析，在变速变载的情况下研究振动特性，分析各种型号的固有频率、啮合频率等等已经有了很大的进步了.我国很多企业引进国外成熟技术，吸收消化，以提高国产化机组的制造技术。
采用与国外公司合作生产的方式引进技术，并允许国外风电机组制造厂商在我国投资设厂。
国内有关的风电机组制造、生产企业，已研制出、1．5Mw机组的关键部件，如齿轮箱和叶片等，并且750Kw的机组其本地化率已达到90％,还有如江苏千鹏公司，建立了该齿轮箱的直齿圆柱齿轮三维接触有限元模型和整个齿轮箱系统有限元模型，对直齿圆柱齿轮进行了接触分析，得到了直齿圆柱齿轮的综合啮合刚度激励，同时对整个齿轮箱系统模型进行了模态分析和动态响应分析，得出了齿轮箱的固有特性和箱体表面的振动响应曲线。
通过齿轮箱声压和声强实验，预测了该齿轮箱噪声值，且验证了有限元分析的有效性和准确性。
而在应用这方面国家也正在不遗余力地研究，相信在十年之内，我国的风电技术会引领世界[8]。
1.3 本文工作齿轮箱是风电机组主传动系统最主要的振动部位，本文对风电机组齿轮箱的振动特性进行深入研究，分析齿轮箱各级齿轮的固有频率与啮合频率之间的关系，主要研究内容如下：(1)分析风电机组齿轮箱的机械结构振动问题作了一些介绍,然后对齿轮箱的重要性,产生故障的原因,故障的类型等等作了一些详尽的阐述。
(2)在变速变载的情况下,,对机械振动系统特别是固有动态产生比较大的影响.选取了一组风电机组齿轮箱的数据作为参考,作了一些计算,计算了各级轮系的传动比,然后在风轮转速为15，22.34，85，128，306，457六种速度下分别计算了主轴,太阳轮,中间轮,高速轴的转速同步频率；行星级、中间级、高速级的啮合频率及10%的浮动范围。
(3)系统学习Romax软件, 并基于该软件建立齿轮箱振动模型。
分析变速、变载情况下齿轮箱的各阶振型和固有频率。
(4)对齿轮箱的固有频率和啮合频率进行比较分析,得到了共振区,指出在实际应用中应该尽量避开这些共振区。
1.4本章小结本章对风电机组振动特性的选题背景和意义作了一些阐述，并介绍了一些国内外研究现状，然后介绍了本文所要进行的工作，并介绍了主要研究内容。
第2章风电机组齿轮箱力学特点2.1 前言风电齿轮箱是一个复杂的弹性机械系统。
齿轮啮合时轮齿的弹性变形、时变啮合刚度、啮入出冲击、齿侧间隙、制造误差等都对轮齿静动力接触特性、系统动态性能、系统传动精度等有很大影响。
齿轮箱同时承受由原动机和负载引入的外部激励和由时变啮合刚度、齿轮传动误差和啮合冲击所引起的内部激励，其振动受轴、齿轮、轴承、等多种振动的影响，具有高度的非线性特点及耦合效应。
要综合考虑上述因素，用解析法难以全面描述其动力模型，其求解过程也极为繁杂，用实验方法可以测量系统的模态和响应，但难以直接测量齿轮接触区动态接触特性，也无法在设计阶段预估其动态特性并修改设计加以改善。
因此，有必要结合试验分析数据，研究齿轮系统动态特性综合数值分析方法，开发齿轮系统振动冲击数值仿真软件，实现它的动态响应分析[9]。
2.2 风电机组齿轮箱机械结构图2-1 风电齿轮箱机械结构图使用齿轮箱，可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。
风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。
对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。
齿轮箱的结构包括输出轴、齿轮箱盖、大齿轮、小齿轮和齿轮箱，所述的齿轮箱内设有至少二个卡位，挡油罩上设有与卡位相对应的定位，挡油罩通过定位设置在齿轮箱的卡位上，齿轮箱盖上设有与挡油罩接合口相匹配的压圈，挡油罩与齿轮箱盖构成小齿轮和大齿轮的传动腔室.齿轮箱以三点支撑,输入为空心轴,采用锁紧盘,联接在主轴上,其余两点通过对称分布于前箱体扭力臂两端上的支座、弹性套联接在机舱底座上。