大学生创新创业训练计划项目结题报告书基本情况.docx

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1、大学生创新创业训练计划项目结题报告书项目 名称：齿轮传动系统故障动力学建模方法研究项目编号：s项目负责人：吴小刚专业班级：机械设计制造及其自动化1801班所在学院：机械工程学院起止年 月：2019-05至2021-05电 话：E-mail： 填表日期： 2021-05-30湖南工学院一、基本情况二、项目执行情况简介项目名称齿轮传动系统故障动力学建模方法 研究项目类型创新训练0 创业训练口 创业实践口成果形式专利、论文立项时间2019 年 06 月 05 H完成时间2021 年 05 月 10 验收时间年 月 日项目主要研究人员序号姓名学号专业班级所在学院项目分工1吴小刚机设1801机械工程学院

2、ANSYS、ADAMS建模2赵哲机设1801机械工程学院仿真3刘德权机设1801机械工程学院CATIA故障建 模4吴奕霖机设1801机械工程学院故障分析1、项目的目的和意义针对齿轮系统典型故障诊断问题，通过对正常齿轮传动系统建模方法、故障植 入方法的研究，最终实现对齿轮传动系统故障动力学建模方法的研究，基于该模型 振动仿真，获取故障数据，分析故障演化规律，为齿轮传动系统故障研究提供数据 基础。最终形成齿轮传动系统建模方法，构建齿轮传动系统不同运行状态故障动力 学模型以获取故障数据，替代物理实验平台。2、项目成果的主要内容使用CATIA特征命令建立了齿轮故障的三维实体模型（如图1和图2）,通过

3、SimDcsigner导入ADAMS,通过CATIA与ADAMS的专业接口软件SimDesigner导入 ADAMS建立考虑时变接触刚度、齿轮轮体扭转变形、轮齿弯曲变性、传动轴的扭转 变形以及反映振动传递特性的齿轮系统多体动力学模型并进行仿真分析，得到在啮图1裂纹分别沿轮齿方向和轮方向扩展的两种模型合过程中刚度的变化示意图（图3）。最后通过实验验证，证明齿轮故障模型植入方 法的正确性。图3啮合刚度变化示意图3、项目创新之处(1)通过齿轮传动系统虚拟样机建模仿真，获取系统振动响应特征。，实现故障 诊断中物理实验平台的功能，节省人力、物力、财力，是本项目的创新。(2)基于动力学原理研究齿根裂纹对齿

4、轮系统振动响应特性的影响规律，从动 力学角度表征齿根裂纹故障参数与系统振动响应的映射关系，此为研究方法上的创 新。4、发表论文及专利情况(1)专利：徐慧,李天生,吴小刚,刘德权,赵哲,吴奕霖.一种齿轮故障检测用模拟试验台P. 湖南省：CNU, 2020-09-22.(2)论文：1徐慧,吴小刚,刘德权,赵哲,王奕霖.服役过程中裂纹齿轮时变啮合刚度计算方 法研究进展J.机械工程与自动化,2020 (05) : 221-222.2李文善,徐慧,吴小刚,刘德权,赵哲.齿轮传动系统的动态性能分析和优化设计 J.内燃机与配件,2020(18):55-57.3徐慧,钟新利.涡轮增压器非线性转子系统临界转速分

5、析及其实验验证J.热能 动力工程(CSCD 扩展),2020, 35(11):59-66.5、研究过程中财务执行情况论文版面费：4970. 00专利相关费用：660. 00差旅费：2150. 00其他费：5006、团队成员分工和合作情况姓名学号专业班级所在学院项目中的分工吴小刚机设1801机械工程学院ANSYS. ADAMS 建模赵哲机设1801机械工程学院仿真刘德权机设1801机械工程学院CATIA故障建模吴奕霖机设1801机械工程学院故障分析项目负责人负责协调大家工作，汇总各阶段大家所搜集的文献资料，负责每次会议 主持，经验总结，负责ANSYS、ADAMS建模。而成员赵哲负责仿真；刘德权负

6、责CAT1A 故障建模；吴奕霖负责故障分析。在项目进行中，每周开项目例会，对每周工作进 行总结并对下周工作进行安排，而且每次每人都需要进行文献分享，一起探讨项目 取得的结果和存在的问题。在指导老师徐慧的带领下，项目按计划有序进行。7、研究报告和过程记录的完整情况按预期研究计划在系统进行了整个过程的填报，研究结题报告和过程记录完整。三、研究总结报告工预定计划执行情况项目按预期进度如期进行，每个阶段都完成了预定的目标，最终顺利达到结题 目标。2、项目研究和实践情况本项目立项以来，我们进行了相关软件及振动相关知识的学习，在此基础上， 我们进行了相关文献的研读，初步确定了本项目的切入点。完成的主要工作

7、如下：1)裂纹故障建模运用CAT1A三维软件对正常齿轮进行建模,通过齿根裂纹植入方法的研究，完 成裂纹故障齿轮的建模，并通过对裂纹故障齿轮系统进行虚拟装配，从而实现不同 类型、程度、位置裂纹在齿轮传动系统动力学模型中的植入。2)建立裂纹齿轮系统动力学模型根据振动理论相关知识，建立裂纹齿轮系统振动方程。3)进行裂纹故障齿轮系统振动特性研究基于建立的裂纹齿轮系统动力学模型，对其进行模拟仿真并与无故障齿轮系统 进行比较，深入探讨当齿轮出现不同的裂纹故障后对整个齿轮传动系统振动特性的 影响,研究齿根裂纹在仿真信号时域和频域对应的的特征；通过时域统计分析方法 研究齿轮振动响应随齿根裂纹不同的变化规律，以

8、及裂纹在不同转速情况下对齿轮 振动响应的影响规律。从而为机械传动系统的分析提供有效的分析方法。3、取得的主要成绩和收获本项目取得的主要成绩和收获是授权专利1项，3篇公开发表论文。详情如下： (1)专利：徐慧,李天生,吴小刚,刘德权,赵哲,吴奕霖.一种齿轮故障检测用模拟试验台 P.湖南省:CNU, 2020-09-22.(2)论文:1徐慧,吴小刚,刘德权,赵哲,王奕霖.服役过程中裂纹齿轮时变啮合刚度计算 方法研究进展J.机械工程与自动化,2020(05) : 221-222.李文善,徐慧,吴小刚,刘德权,赵哲.齿轮传动系统的动态性能分析和优化设 计J .内燃机与配件,2020(18):55-57

9、.3徐慧,钟新利.涡轮增压器非线性转子系统临界转速分析及其实验验证J.热 能动力工程(CSCD 扩展)，2020,35(11) : 59-66.4、项目工作有那些不足本项目最终只进行了齿轮系统裂纹故障的相关研究，缺乏对其他类型故障的研 究，齿轮系统故障研究的面不够宽阔，此为本项目工作的不足之处。5、有那些问题尚需深入研究本项目为齿轮传动系统故障建模方法研究。齿轮典型故障有齿根裂纹、点蚀、 断齿等。但由于实际情况限制，目前只完成了裂纹故障的研究。点蚀故障和剥落故 障尚未进行研究，这是需要继续研究的部分。另外，建立裂纹与时变刚度间的映射 关系为另一个需要深入研究的问题。6、项目工作中的困难、问题和建议由于项目组成员全是学生，项目立项时还是大一新生，专业理论知识薄弱，导 致很多工作涉及到的知识点得从头学，对课题完成的深度和广度有很大影响。四、经费使用情况经费合计20000元，其中，学校配套资助 元，学院（所）配套资助 元，其他经费20000元。 经费支出情况：论文版面费：4970. 00专利相关费用:660. 00差旅费:2150. 00其他费：500五、学院评审意见同意结题专家组组长（签章）:年 月 日六、学校创新创业训练计划领导小组审核意见负责人（签章）:年 月 日