一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法
【專利摘要】一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，先計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多個行星輪與中心輪即太陽輪嚙合、多個行星輪與齒圈嚙合、同一個行星輪與太陽輪和齒圈嚙合之間的相位差，分析多個嚙合過程不同傳遞路徑對信號的影響，建立行星輪系正常狀態(tài)時的振動信號仿真模型，給出振動響應(yīng)表達式，該模型突破僅僅考慮齒輪系統(tǒng)內(nèi)部某一對嚙合振動影響的局限，能夠綜合考慮周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多對嚙合之間的相位關(guān)系，以及行星輪公轉(zhuǎn)引起的時變傳遞路徑。根據(jù)該唯象模型，得到了正常單級周轉(zhuǎn)輪系的振動響應(yīng)信號，經(jīng)過實驗驗證，可以為單級周轉(zhuǎn)輪系的故障診斷提供依據(jù)。
【專利說明】一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械設(shè)備早期故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種考慮嚙合相位差的正 常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 周轉(zhuǎn)輪系一直是齒輪傳動系統(tǒng)中的"股肱棟梁"，之所以能被如此廣泛地應(yīng)用于風(fēng) 力發(fā)電、航空、船舶、冶金、石化、礦山、起重運輸?shù)仍S多行業(yè)的機械傳動中，其本身獨特的優(yōu) 點有著不可或缺的重要作用，如結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載效率高等。然而，這些設(shè)備惡劣的 工作環(huán)境導(dǎo)致周轉(zhuǎn)輪系通常工作在低速重載或載荷、轉(zhuǎn)速瞬時大幅度變動的工況下，因此 周轉(zhuǎn)輪系的關(guān)鍵零部件首當其沖，故障時有發(fā)生。
[0003] 周轉(zhuǎn)輪系一般由中心輪（即太陽輪）、行星輪、內(nèi)齒圈和行星架等組成。不同于定 軸輪系，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。通常情況下，內(nèi)齒圈固定不動，太陽輪或行星架作為輸入， 相應(yīng)的，行星架或太陽輪作為輸出。太陽輪繞自身的中心軸旋轉(zhuǎn)，而幾個行星輪不僅繞各自 的中心軸自轉(zhuǎn)，同時繞太陽輪的中心軸公轉(zhuǎn)，并與太陽輪和內(nèi)齒圈同時嚙合，藉此造成太陽 輪與行星輪、行星輪與內(nèi)齒圈等多對齒輪同時嚙合。多對嚙合引起的振動存在相位差，且會 相互疊加，使得周轉(zhuǎn)輪系的振動響應(yīng)比定軸輪系更為復(fù)雜。
[0004] 振動信號時域和頻域分析方法構(gòu)成了周轉(zhuǎn)輪系故障診斷的主要理論基礎(chǔ)。理想狀 況下，周轉(zhuǎn)輪系中各個行星輪是完全相同的，因此每個行星輪與內(nèi)齒圈和太陽輪嚙合產(chǎn)生 的振動頻率是相同的，即振動頻率為嚙合頻率f m，fm =隊f。，隊為齒圈齒數(shù)，f。為行星架轉(zhuǎn) 頻，只是各個嚙合振動之間存在一定的相位差。此外，傳感器通常安裝在與固定的內(nèi)齒圈相 連的箱體上。由于行星輪的公轉(zhuǎn)，各嚙合點與傳感器之間的傳遞路徑周期性變化，而周期性 變化的傳遞路徑會對嚙合振動信號進行幅值調(diào)制。因此，即便在正常情況下，周轉(zhuǎn)輪系振動 信號的頻譜中也會呈現(xiàn)多條邊頻帶。以上諸多因素導(dǎo)致周轉(zhuǎn)輪系的故障診斷相比定軸輪系 難度更大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮嚙合相位差的正 常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，突破僅僅考慮輪系內(nèi)部某一個嚙合振動影響的局限，能夠 綜合考慮周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多對嚙合之間的相位關(guān)系，以及行星輪公轉(zhuǎn)引起的時變傳遞路徑。 根據(jù)該唯象模型，得到了正常單級周轉(zhuǎn)輪系的振動響應(yīng)信號。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0007] -種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，包括以下步驟：
[0008] 1)分別計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多個行星輪與中心輪即太陽輪嚙合、多個行星輪與齒圈 嚙合、同一個行星輪與太陽輪和齒圈嚙合之間的相位差；
[0009] 2)在步驟1)的基礎(chǔ)上，分析多個嚙合過程不同傳遞路徑對信號的影響；
[0010] 3)將步驟1)、2)的計算結(jié)果綜合起來，建立周轉(zhuǎn)輪系正常狀態(tài)時的振動信號仿真 模型，給出振動響應(yīng)表達式。
[0011] 所述的步驟1)的計算過程為：
[0012] 1. 1)根據(jù)行星輪的初始安裝位置，分別計算第i個行星輪與內(nèi)齒圈嚙合時的初相 位識ri，
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 分別計算周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)部多個行星輪與中心輪即太陽輪嚙合、多個行星輪與齒圈嚙 合、同一個行星輪與太陽輪和齒圈嚙合之間的相位差； 2) 在步驟1)的基礎(chǔ)上，分析多個嚙合過程不同傳遞路徑對信號的影響； 3) 將步驟1)、2)的計算結(jié)果綜合起來，建立周轉(zhuǎn)輪系正常狀態(tài)時的振動信號仿真模 型，給出振動響應(yīng)表達式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，其 特征在于，所述的步驟1)的計算過程為： 1. 1)根據(jù)行星輪的初始安裝位置，分別計算第i個行星輪與內(nèi)齒圈嚙合時的初相位 Ψ?，
其中，4代表內(nèi)齒圈的齒數(shù)；Vi代表第i個行星輪的初始安裝位置，即距離固定參考 位置的逆時針圓心角； 1. 2)同樣的，計算得到第i個行星輪與太陽輪嚙合時的初相位心，
其中，Zs代表太陽輪的齒數(shù)；Vi代表第i個行星輪的初始安裝位置，即距離固定參考 位置的逆時針圓心角； 1. 3)同一個行星輪分別與太陽輪、內(nèi)齒圈嚙合產(chǎn)生的兩組振動之間也存在著相位差 ，可計算得到：
其中，％^代表第i個行星輪分別與內(nèi)齒圈和太陽輪嚙合時的相位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，其 特征在于，所述的步驟2)的分析過程為： 2. 1)分析振動的所有傳遞路徑，除此之外，振動還會通過油液、箱體等傳遞給傳感器， 但其他路徑的振動明顯衰減，在振動信號中不占主導(dǎo)地位，因此不考慮， 2. 2)忽略時不變傳遞路徑，只考慮時變的傳遞路徑的影響， 2. 3)給出傳遞路徑的函數(shù)表達式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮嚙合相位差的正常單級周轉(zhuǎn)輪系唯象建模方法，其 特征在于，所述的步驟3)的具體過程為： 先對每個振動逐個分析，再將它們疊加，便得到正常情況下周轉(zhuǎn)輪系的振動信號仿真 模型，
式中N為行星輪個數(shù)；心(2_+%,)和心(2# +化)分別代表第i個行星輪與內(nèi)齒圈、第 i個行星輪與太陽輪嚙合引起的振動，f代表嚙合頻率，心代表第i個行星輪與內(nèi)齒圈嚙合 的初相位，K代表第i個行星輪與太陽輪嚙合的初相位；4(t)、As(t)代表行星輪分別與內(nèi) 齒圈和太陽輪嚙合振動的傳遞路徑函數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK104156516SQ201410365909
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】雷亞國, 劉宗堯, 林京, 盧帆勃, 羅希 申請人:西安交通大學(xué)