[發明專利]一種數據驅動的齒輪嚙合剛度實時預測裝置及預測方法

有效

• 申請號: 202110376627.7
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113092103B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 羅鑫鑫;賀沅瑋;王虎;吳輝;曠水章
• 申請（專利權）人: 湖南交通工程學院
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 黃瀛

本發明涉及齒輪領域，具體涉及一種數據驅動的齒輪嚙合剛度實時預測裝置，包括齒輪工作模塊、控制模塊、工作服務器和數據驅動模塊；所述數據驅動模塊的輸入端連接所述齒輪工作模塊，輸出端連接所述控制模塊的輸入端；所述控制模塊的輸出端連接齒輪工作模塊的輸入端；所述齒輪工作模塊包括主動輪、從動輪、主動輪傳感器和從動輪傳感器，所述主動輪傳感器被配置用于測量主動輪的轉速和功率，所述從動輪傳感器被配置用于測量從動輪的轉速和功率。

技術領域

本發明涉及齒輪領域，尤其涉及一種數據驅動的齒輪嚙合剛度實時預測方法。

背景技術

目前，齒輪嚙合作為制造業中主流的傳動及機械連接方式仍具備較大的發展前景，尤其是在高精端制造行業。嚙合剛度直接關系到嚙合過程中齒輪抵抗變形的能力，也對齒輪磨損、疲勞產生一定的影響，目前主流的處理方式是對其進行有限元分析、實驗分析等方式對嚙合剛度進行預測，然而上述方法對齒輪實時嚙合剛度及疲勞程度都無法做出實時預測，這樣會導致齒輪在嚙合過程中，無法預知其實時嚙合剛度對其抗變形能力產生偏差，進而導致齒輪疲勞斷裂、點蝕等一系列問題，影響機器運行壽命、效率。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明實施例期望提供一種數據驅動的齒輪嚙合剛度實時預測方法。

本發明具體采用以下技術方案來實現上述技術目的：

一種數據驅動的齒輪嚙合剛度實時預測裝置，包括齒輪工作模塊、控制模塊、工作服務器和數據驅動模塊；所述數據驅動模塊的輸入端連接所述工作服務器，所述數據驅動模塊的輸出端連接所述控制模塊的輸入端；所述控制模塊的輸出端連接齒輪工作模塊的輸入端；

所述齒輪工作模塊包括主動輪、從動輪、主動輪傳感器和從動輪傳感器，所述主動輪傳感器被配置用于測量主動輪的轉速和功率，所述從動輪傳感器被配置用于測量從動輪的轉速和功率，所述主動輪傳感器和從動輪傳感器均連接所述工作服務器的輸入端；

所述工作服務器被配置用于信號的收集和傳輸；

所述數據驅動模塊被配置用于齒輪工作信號融合、判斷、儲存及分析，其包括第一A/D轉換器、數據融合單元、數據判斷單元、數據儲存單元、數據分析單元和知識儲存單元；其中，所述第一A/D轉換器用于將模擬信號轉換為數字信號；所述數據融合單元用于計算主動齒輪和從動齒輪接觸的實時轉矩，計算公式為：其中T為實時轉矩，P為主從動輪的實時功率，n為主動輪的實時轉速；所述數據判斷單元用于過濾干擾信號；所述數據儲存單元用于數據儲存；所述數據分析單元用于齒輪嚙合剛度實時預測；所述知識儲存單元用于在預測過程中齒輪經驗知識的儲存；

所述控制模塊用于齒輪嚙合剛度實時預測之后的電機控制，其包括第二A/D轉換器、電機控制單元、工作路由器和電機；所述第二A/D轉換器用于數字信號與控制信號的切換；所述電機控制單元用于電機控制信號的生成，其生成模式為依據所述數據驅動模塊的實時預測生成單位脈沖信號；所述工作路由器用于脈沖信號的接收及發送；所述電機用于提供主動輪的運行動力。

優選地，所述主動輪傳感器和從動輪傳感器均包括至少一個應力傳感器、至少一個轉速傳感器。

優選地，所述數據融合單元采用Python語言進行融合，融合模型為協作型深度神經網絡。

優選地，所述數據判斷單元采用局部加權線性回歸算法進行判斷，權重矩陣為W'＝(X^TW'X)^-1X^TW'X，其中W’為變換后的權重矩陣，W為權重矩陣，X為數據子集，X^T為X矩陣的轉置。

優選地，所述數據儲存單元為儲存地址方式，儲存端為云端儲存。

優選地，所述數據分析單元內置深度神經網絡單元及故障預測單元，所述深度神經網絡單元的輸入層為主動齒輪輸入轉矩、從動齒輪輸出轉矩，輸出層為齒輪實時嚙合剛度及磨損量；所述故障預測單元用于預測當前磨損量是否會產生故障。