论文标题：Unified method for typical gear failure modeling and stiffness calculation based on the matrix equation

期刊： Frontiers of Mechanical Engineering

作者：Fanshan MENG, Xin ZHANG, Heng XIA, Jiaxu WANG

发表时间：15 Jun 2024

DOI：10.1007/s11465-024-0794-2

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本篇研究论文发表于《Frontiers of Mechanical Engineering》2024年19卷第3期，题为“Unified method for typical gear failure modeling and stiffness calculation based on the matrix equation”。文章提出了一种基于矩阵方程的典型齿轮故障建模与时变啮合刚度（TVMS）计算的统一方法，旨在解决不同损伤建模及相应计算缺乏统一标准而导致刚度结果存在偏差的问题。研究将齿轮轮齿离散为大量用矩阵表示的微元，通过调整矩阵微元值构建了包括齿面无规则形状点蚀、非均匀磨损、三维齿根裂纹和非均匀断齿在内的典型齿轮故障统一模型，该模型与势能法（PEM）参数变量物理意义相同，可完美匹配。利用该统一方法对健康和故障齿轮进行建模，并结合PEM计算相应的TVMS。研究分析了不同故障类型影响TVMS的机制，如点蚀使接触宽度减小、刚度降低；磨损随转速和时间增加，刚度下降；裂纹深度和扩展角增加，刚度减小；断齿使故障轮齿参与啮合时间减少，刚度变化明显。通过有限元方法对统一方法计算的刚度结果进行验证，证明其准确性。该统一方法为研究不同故障类型齿轮系统的动态响应特性提供了有效技术手段，未来将用于传动系统的动态响应和故障诊断研究。

关键词

齿轮；矩阵方程；失效建模；TVMS计算；统一方法

引用

Fanshan MENG（孟凡善）, Xin ZHANG（张新）, Heng XIA（夏恒）, Jiaxu WANG（王家序）. Unified method for typical gear failure modeling and stiffness calculation based on the matrix equation. Front. Mech. Eng., 2024, 19(3): 22

https://doi.org/10.1007/s11465-024-0794-2

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