[發明專利]考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模方法

在審

• 申請號: 202210533860.6
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114861360A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 劉宗堯;王亞東;王雨彤;毛世祥;馮偉;張坤;關炎芳;姚文斌;曹子陽
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃紅梅

本發明提供一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模方法，包括：1）計算周轉輪系內部內外嚙合產生的沖擊力，即行星輪與內齒圈嚙合產生的嚙入沖擊力，以及行星輪與太陽輪嚙合產生的嚙入沖擊力；2）計算周轉輪系內部內外嚙合的理論嚙合力，即行星輪與內齒圈嚙合的理論嚙合力，以及行星輪與太陽輪嚙合的理論嚙合力；3）根據1）、2）的計算結果，得到對應的沖擊系數；4）考慮齒輪的嚙合沖擊特性，并與3）中的沖擊系數相結合，建立考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象模型，給出振動響應表達式。本發明采用沖擊函數模擬齒輪入嚙時引起的嚙入沖擊，突破以往采用余弦函數對振動信號進行唯象建模時無法模擬嚙入沖擊的缺陷。

技術領域

本發明屬于機械裝備早期故障診斷技術領域，具體涉及一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模方法。

背景技術

周轉輪系通常由太陽輪、行星輪、內齒圈等多個零部件組成。與定軸輪系相比，周轉輪系具有結構緊湊、傳動效率高等優點，也因此被廣泛用于航空、冶金、化工、風電等諸多領域的機械裝備中。通常情況下，周轉輪系內部包含多個行星輪。在周轉輪系運行過程中，每個行星輪需同時與太陽輪和內齒圈發生嚙合，因此周轉輪系內部存在多對外嚙合(太陽輪-行星輪)以及內嚙合(行星輪-內齒圈)，導致嚙合振動成分較多。此外，多對嚙合成分之間存在相位差，導致周轉輪系振動成分十分復雜，不利于周轉輪系故障診斷的順利實施。

振動信號頻譜分析是周轉輪系故障診斷中最常用的方法之一，而通過對周轉輪系振動信號進行唯象建模，可以依據所建模型得到的模型響應結果為頻譜分析提供理論支撐。理想情況下，齒輪受力均勻，系統平穩地進行力與轉矩的傳遞。隨著齒輪不斷入嚙、脫嚙，齒輪傳動系統將會激發以嚙合頻率為基頻的諧波振動。然而在實際情況中，由于系統不可避免地存在著制造誤差、安裝誤差、輪齒受載變形等因素，導致輪齒偏離理論嚙合位置，同時齒輪轉速可能會因此而發生波動，造成嚙入沖擊。以上種種因素導致現有周轉輪系振動唯象模型不能準確反映系統動態特性，進而使得周轉輪系的故障診斷難度較大。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于建立一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模方法。該方法采用沖擊函數模擬齒輪入嚙時引起的嚙入沖擊，突破以往采用余弦函數對振動信號進行唯象建模時無法模擬嚙入沖擊的缺陷，通過對周轉輪系內部多個沖擊振動信號進行疊加，建立正常單級周轉輪系振動唯象模型。該方法可以充分地展現齒輪在進入嚙合時的沖擊振動特性。根據該唯象建模方法，得到正常單級周轉輪系的振動響應信號，為實現周轉輪系的故障診斷提供理論依據。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

本發明第一方面提供一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模方法，包括以下步驟：

步驟1)計算周轉輪系內部內外嚙合產生的沖擊力，即行星輪與內齒圈嚙合產生的嚙入沖擊力，以及行星輪與太陽輪嚙合產生的嚙入沖擊力；

步驟2)計算周轉輪系內部內外嚙合的理論嚙合力，即行星輪與內齒圈嚙合的理論嚙合力，以及行星輪與太陽輪嚙合的理論嚙合力；

步驟3)根據步驟1)、2)的計算結果，得到對應的沖擊系數；

步驟4)考慮齒輪的嚙合沖擊特性，并與步驟3)中的沖擊系數相結合，建立考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象模型，給出振動響應表達式。

本發明第二方面提供一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉輪系振動唯象建模裝置，包括：

第一計算模塊，被配置為計算周轉輪系內部內外嚙合產生的沖擊力，即行星輪與內齒圈嚙合產生的嚙入沖擊力，以及行星輪與太陽輪嚙合產生的嚙入沖擊力；

第二計算模塊，被配置為計算周轉輪系內部內外嚙合的理論嚙合力，即行星輪與內齒圈嚙合的理論嚙合力，以及行星輪與太陽輪嚙合的理論嚙合力；