[发明专利]一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、建立多级齿轮传动系统扭转动力学方程，包括系统运动微分方程、时变啮合刚度(总刚度、裂纹模型和断齿模型)；

S2、测试响应信号的非线性特征；

S3、亚谐共振及稳定性分析，包括随间隙变化的系统分岔特性，亚谐共振的稳定性变化；

S4、故障对系统稳定性的影响，包括但不限于行星轮断齿故障对亚谐振动的影响、定轴裂纹故障对亚谐振动的影响、缺齿故障对亚谐振动的影响、磨损故障对亚谐振动的影响以及耦合故障对系统稳定性的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S1可知，在考虑齿间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差的基础上，根据拉格朗日方程建立系统的运动微分方程：

齿侧间隙非线性函数f(x_i)，(i＝1，2，spn，rpn)，定义为：

阻尼系数表达式为：

齿轮副的综合啮合误差采用啮合函数的一次谐波形式，即：

定义时间标称尺度w_h，令τ＝w_ht，其中无量纲位移为(i＝1,2,spn,rpn)，无量纲激励频率为Ω_i，Ω_i＝w_mi/w_h，(i＝1,2,spn,rpn)，无量纲综合啮合误差幅值为

对方程进行归一化处理，得系统无量纲运动微分方程组：

3.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S1可知，研究的系统为定轴齿轮和行星轮系组成的多级齿轮传动试验台，定轴齿轮为输入，行星架为输出。

4.根据权利要求3所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，利用集中质量法建立系统的扭转动力学模型，该模型不考虑齿轮的横向振动位移，齿轮啮合参数用弹簧和阻尼器进行模拟。

5.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S2可知，测试响应信号的非线性特性，对试验台进行信号测试与分析，为方便与仿真结果进行比较对测得的频谱进行无量纲化，发现测试信号中的无法确定的频率成分，在对其进行系统非线性动力学分析，找到引起共振的原因、发生共振的转速区间及共振的失稳条件。

6.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S3可知，所述的随间隙变化的系统分岔特性，通过改变综合啮合误差幅值的大小来控制间隙，计算正常状态时不同间隙下多级齿轮传动系统随激励频率的分岔图，得出系统发生共振的间隙区间级激励频率区间。

7.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S3可知，所述的亚谐共振的稳定性变化，对发生亚谐共振的激励频率区间，计算亚谐共振发生前至退出亚谐共振的间隙区间的Poincaré截面，得到亚谐共振及稳定性的过渡过程。

8.根据权利要求1所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，由S4可知，在振动微分方程中添加故障齿轮参数，计算故障状态下系统亚谐共振级稳定性的变化。

9.根据权利要求8所述的一种基于齿轮传动系统非线性稳定性的故障诊断方法，其特征在于，总结各类故障的非线性特性及其对稳定性的影响，其用于工程中出轮传动系统的故障诊断。