[发明专利]考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模方法

说明书

本发明提供一种考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模方法，包括：1）计算周转轮系内部内外啮合产生的冲击力，即行星轮与内齿圈啮合产生的啮入冲击力，以及行星轮与太阳轮啮合产生的啮入冲击力；2）计算周转轮系内部内外啮合的理论啮合力，即行星轮与内齿圈啮合的理论啮合力，以及行星轮与太阳轮啮合的理论啮合力；3）根据1）、2）的计算结果，得到对应的冲击系数；4）考虑齿轮的啮合冲击特性，并与3）中的冲击系数相结合，建立考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象模型，给出振动响应表达式。本发明采用冲击函数模拟齿轮入啮时引起的啮入冲击，突破以往采用余弦函数对振动信号进行唯象建模时无法模拟啮入冲击的缺陷。

技术领域

本发明属于机械装备早期故障诊断技术领域，具体涉及一种考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模方法。

背景技术

周转轮系通常由太阳轮、行星轮、内齿圈等多个零部件组成。与定轴轮系相比，周转轮系具有结构紧凑、传动效率高等优点，也因此被广泛用于航空、冶金、化工、风电等诸多领域的机械装备中。通常情况下，周转轮系内部包含多个行星轮。在周转轮系运行过程中，每个行星轮需同时与太阳轮和内齿圈发生啮合，因此周转轮系内部存在多对外啮合(太阳轮-行星轮)以及内啮合(行星轮-内齿圈)，导致啮合振动成分较多。此外，多对啮合成分之间存在相位差，导致周转轮系振动成分十分复杂，不利于周转轮系故障诊断的顺利实施。

振动信号频谱分析是周转轮系故障诊断中最常用的方法之一，而通过对周转轮系振动信号进行唯象建模，可以依据所建模型得到的模型响应结果为频谱分析提供理论支撑。理想情况下，齿轮受力均匀，系统平稳地进行力与转矩的传递。随着齿轮不断入啮、脱啮，齿轮传动系统将会激发以啮合频率为基频的谐波振动。然而在实际情况中，由于系统不可避免地存在着制造误差、安装误差、轮齿受载变形等因素，导致轮齿偏离理论啮合位置，同时齿轮转速可能会因此而发生波动，造成啮入冲击。以上种种因素导致现有周转轮系振动唯象模型不能准确反映系统动态特性，进而使得周转轮系的故障诊断难度较大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于建立一种考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模方法。该方法采用冲击函数模拟齿轮入啮时引起的啮入冲击，突破以往采用余弦函数对振动信号进行唯象建模时无法模拟啮入冲击的缺陷，通过对周转轮系内部多个冲击振动信号进行叠加，建立正常单级周转轮系振动唯象模型。该方法可以充分地展现齿轮在进入啮合时的冲击振动特性。根据该唯象建模方法，得到正常单级周转轮系的振动响应信号，为实现周转轮系的故障诊断提供理论依据。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明第一方面提供一种考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模方法，包括以下步骤：

步骤1)计算周转轮系内部内外啮合产生的冲击力，即行星轮与内齿圈啮合产生的啮入冲击力，以及行星轮与太阳轮啮合产生的啮入冲击力；

步骤2)计算周转轮系内部内外啮合的理论啮合力，即行星轮与内齿圈啮合的理论啮合力，以及行星轮与太阳轮啮合的理论啮合力；

步骤3)根据步骤1)、2)的计算结果，得到对应的冲击系数；

步骤4)考虑齿轮的啮合冲击特性，并与步骤3)中的冲击系数相结合，建立考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象模型，给出振动响应表达式。

本发明第二方面提供一种考虑齿轮啮入冲击的正常单级周转轮系振动唯象建模装置，包括：

第一计算模块，被配置为计算周转轮系内部内外啮合产生的冲击力，即行星轮与内齿圈啮合产生的啮入冲击力，以及行星轮与太阳轮啮合产生的啮入冲击力；

第二计算模块，被配置为计算周转轮系内部内外啮合的理论啮合力，即行星轮与内齿圈啮合的理论啮合力，以及行星轮与太阳轮啮合的理论啮合力；