[发明专利]一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法

说明书

本发明公开了一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，具体包括以下步骤：a，制作应变式智能齿轮；b，获取局域应变响应矩阵X；c，对齐应变位置矩阵D；d，短时应变矩阵C；e，应变信息编码矩阵U；f，应变差动自编码序列y；该方法克服传统外部传感器采集由于能量耗散和掩埋作用不能提取微弱特征进行故障诊断的缺点以及需要大量历史信息完成部件状态分析评估、无法实现自评估与自诊断；通过在轮齿齿根位置均布微型应变传感器，可以更好地观察齿轮局部啮合刚度变化及应变演化的细节信息，并基于这种应变式智能齿轮提出了一种基于应变式差动自编码方法，从而快速合理地实现齿轮健康状态自监测与自诊断分析。

技术领域

本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法。

背景技术

齿轮是机械传动设备的重要组成部分，其运行状态直接关系到机械传动系统以及整机运行的安全性、可靠性、与维护性。随着现代机械传动设备的自动化、系统化、复杂化和精密化程度越来越高，一方面齿轮箱箱体封闭、内部温度高、高转速有润滑油、有油气、安装空间小；另外一方面箱体实际运转时存在变速、变载、变操作等多种复杂工况，因此迫切需要研发出能够满足以上特殊机械环境下的机械传动设备状态监测系统及方法。

目前，针对齿轮的健康监测与故障诊断，国内外学者已经进行了大量的研究工作，往往基于结构振动、声音信号或者外部声音作为研究对象，普遍存在以下缺点：

1.现有传感器价格昂贵、对安装环境要求高。

2.现有技术将传感器安装在机械传动设备箱体外部，无法避免多界面接触传递过程中能量耗散对全局振动信号/声音的削弱衰减作用，导致振动/声音信号对齿轮微弱故障信号产生掩埋作用。

3.现有技术无法对齿轮实际啮合位置的激励响应进行实时追踪，无法实现对齿轮局部故障的精准定位诊断与结构信息变化的直接拾取。

4.现有技术对齿轮部件进行诊断及监测需大量历史运行信息以及外部工况辅助信息作为基础，然而由于实际运行工况复杂及操作措施多变，不利于齿轮健康状态监测与故障诊断分析，无法实现一种在线快速自监测与诊断分析。

所以亟待本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，并应用于齿轮部件的自监测与自诊断分析中。

本发明的一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，其关键在于应变式智能齿轮设计及信息自编码包括：用于监测与诊断的智能齿轮，其N个齿根处各安装一个柔性应变微型传感器，其中互成固定齿数z或角度，这里采用近似180度的两个轮齿应变单元作为一组应变编码对并编码输出；依据齿轮啮合机理我们可以知道齿轮啮合时会导致啮合齿刚度发生变化，对应在齿根产生应力变化；进一步可以发现在健康状态下每个齿轮在不同的时刻都会产生相似的啮合应变现象、而局部故障齿轮啮合响应同健康齿轮啮合应变响应存在较大差异；基于这些事实，采取齿轮应变编码自差动输出，实现一种智能齿轮局部强应变的差动输出监测与诊断；

上述装置进行采样编码和监测诊断的具体步骤如下：

a，制作应变式智能齿轮：在齿轮齿根根部均布Z个薄膜式的应变微型传感器(Z为齿轮齿数)，通过内嵌感知系统构建应变式智能齿轮；

b，获取局域应变响应矩阵X：齿轮实际啮合运转时，相邻轮齿与另一齿轮发生啮合时先后受到拉、压微应变并被局部的应变微型传感器感知，产生相应的局域强应变信号序列；

c，对齐应变位置矩阵D：给定固定齿数z或角度，依据应变编码对的相位延滞效应，通过相位位置矩阵实现相关应变对对齐，获取修正后的局域强应变矩阵；

d，短时应变矩阵C：基于齿轮啮合原理，通过设定局部啮合窗函数W提取每个齿根位置的局域强应变冲击，构造输出短时应变矩阵；