[發(fā)明專利]考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉(zhuǎn)輪系振動唯象建模方法

在審

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• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114861360A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宗堯;王亞東;王雨彤;毛世祥;馮偉;張坤;關(guān)炎芳;姚文斌;曹子陽
• 申請（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 41128
• 代理人: 黃紅梅

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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械裝備早期故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉(zhuǎn)輪系振動唯象建模方法。

背景技術(shù)

周轉(zhuǎn)輪系通常由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈等多個零部件組成。與定軸輪系相比，周轉(zhuǎn)輪系具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，也因此被廣泛用于航空、冶金、化工、風(fēng)電等諸多領(lǐng)域的機(jī)械裝備中。通常情況下，周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部包含多個行星輪。在周轉(zhuǎn)輪系運(yùn)行過程中，每個行星輪需同時與太陽輪和內(nèi)齒圈發(fā)生嚙合，因此周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部存在多對外嚙合(太陽輪-行星輪)以及內(nèi)嚙合(行星輪-內(nèi)齒圈)，導(dǎo)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(dǎo)致周轉(zhuǎn)輪系振動成分十分復(fù)雜，不利于周轉(zhuǎn)輪系故障診斷的順利實(shí)施。

振動信號頻譜分析是周轉(zhuǎn)輪系故障診斷中最常用的方法之一，而通過對周轉(zhuǎn)輪系振動信號進(jìn)行唯象建模，可以依據(jù)所建模型得到的模型響應(yīng)結(jié)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(tǒng)平穩(wěn)地進(jìn)行力與轉(zhuǎn)矩的傳遞。隨著齒輪不斷入嚙、脫嚙，齒輪傳動系統(tǒng)將會激發(fā)以嚙合頻率為基頻的諧波振動。然而在實(shí)際情況中，由于系統(tǒng)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(dǎo)致輪齒偏離理論嚙合位置，同時齒輪轉(zhuǎn)速可能會因此而發(fā)生波動，造成嚙入沖擊。以上種種因素導(dǎo)致現(xiàn)有周轉(zhuǎn)輪系振動唯象模型不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)動態(tài)特性，進(jìn)而使得周轉(zhuǎn)輪系的故障診斷難度較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)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(zhuǎn)輪系振動唯象建模方法。該方法采用沖擊函數(shù)模擬齒輪入嚙時引起的嚙入沖擊，突破以往采用余弦函數(shù)對振動信號進(jìn)行唯象建模時無法模擬嚙入沖擊的缺陷，通過對周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多個沖擊振動信號進(jìn)行疊加，建立正常單級周轉(zhuǎn)輪系振動唯象模型。該方法可以充分地展現(xiàn)齒輪在進(jìn)入嚙合時的沖擊振動特性。根據(jù)該唯象建模方法，得到正常單級周轉(zhuǎn)輪系的振動響應(yīng)信號，為實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系的故障診斷提供理論依據(jù)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

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

步驟1)計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部內(nèi)外嚙合產(chǎn)生的沖擊力，即行星輪與內(nèi)齒圈嚙合產(chǎn)生的嚙入沖擊力，以及行星輪與太陽輪嚙合產(chǎn)生的嚙入沖擊力；

步驟2)計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部內(nèi)外嚙合的理論嚙合力，即行星輪與內(nèi)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(jù)步驟1)、2)的計算結(jié)果，得到對應(yīng)的沖擊系數(shù)；

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(shù)相結(jié)合，建立考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉(zhuǎn)輪系振動唯象模型，給出振動響應(yīng)表達(dá)式。

本發(fā)明第二方面提供一種考慮齒輪嚙入沖擊的正常單級周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系內(nèi)部內(nèi)外嚙合產(chǎn)生的沖擊力，即行星輪與內(nèi)齒圈嚙合產(chǎn)生的嚙入沖擊力，以及行星輪與太陽輪嚙合產(chǎn)生的嚙入沖擊力；

第二計算模塊，被配置為計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部內(nèi)外嚙合的理論嚙合力，即行星輪與內(nèi)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；