一種周轉(zhuǎn)輪系時(shí)變傳遞路徑衰減系數(shù)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種周轉(zhuǎn)輪系時(shí)變傳遞路徑衰 減系數(shù)校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 周轉(zhuǎn)輪系因其具有不同于定軸輪系的特有優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)中，一般 由行星輪、太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈以及行星架組成，構(gòu)成輪系的零部件數(shù)量較多，且內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)形 式復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣，因此較定軸輪系更容易發(fā)生故障。通常情況下，振動(dòng)信號(hào)頻譜分析 是檢測(cè)故障最常用、最直接的方法。然而周轉(zhuǎn)輪系中行星輪同時(shí)與太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈嚙合，多 對(duì)嚙合引起的振動(dòng)會(huì)相互疊加，且存在相位差，造成周轉(zhuǎn)輪系的振動(dòng)響應(yīng)十分復(fù)雜。此外， 測(cè)試振動(dòng)時(shí)傳感器一般固定在內(nèi)齒圈上，由于行星輪的公轉(zhuǎn)，使得各嚙合點(diǎn)到傳感器的傳 遞路徑周期性變化，而周期性變化的傳遞路徑會(huì)對(duì)振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制作用，進(jìn)而導(dǎo)致故障 信息被調(diào)制效應(yīng)掩蓋，造成故障檢測(cè)分析困難。
[0003] 唯象建模是基于積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)值仿真來(lái)探究系統(tǒng)故障時(shí)的 振動(dòng)響應(yīng)。目前大多數(shù)關(guān)于周轉(zhuǎn)輪系的唯象建模都考慮使用漢寧窗函數(shù)模擬時(shí)變傳遞路 徑對(duì)振動(dòng)信號(hào)的調(diào)制效應(yīng)。然而周轉(zhuǎn)輪系中同時(shí)存在兩種嚙合副，各個(gè)嚙合點(diǎn)處振動(dòng)需要 經(jīng)過(guò)不同的傳遞路徑到達(dá)傳感器，而現(xiàn)有研究中要么只考慮行星輪-太陽(yáng)輪嚙合點(diǎn)與固定 傳感器之間的傳遞路徑，忽略了行星輪-內(nèi)齒圈嚙合點(diǎn)與固定傳感器之間的傳遞路徑；要 么一概而論，對(duì)于不同的嚙合點(diǎn)振動(dòng)均采用相同的幅值窗函數(shù)模擬時(shí)變傳遞路徑的調(diào)制作 用。須知不同的傳遞路徑長(zhǎng)度對(duì)振動(dòng)的衰減程度不同，因此使用相同幅值大小的窗函數(shù)去 模擬時(shí)變傳遞路徑對(duì)振動(dòng)的調(diào)制效應(yīng)，會(huì)造成理論響應(yīng)與實(shí)際振動(dòng)存在較大的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種周轉(zhuǎn)輪系時(shí)變傳 遞路徑衰減系數(shù)校正方法，分析每個(gè)嚙合振動(dòng)的時(shí)變傳遞路徑，利用振動(dòng)傳遞過(guò)程存在的 幾何關(guān)系，對(duì)各振動(dòng)傳遞路徑衰減系數(shù)進(jìn)行校正，即提供了一種修正后的窗函數(shù)來(lái)模擬時(shí) 變傳遞路徑的調(diào)制作用，從而提尚求解t吳型響應(yīng)的精確度。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種周轉(zhuǎn)輪系時(shí)變傳遞路徑衰減系數(shù)校正方法，包括以下步驟：
[0007] 1)分析周轉(zhuǎn)輪系中存在的振動(dòng)傳遞路徑，忽略時(shí)不變傳遞路徑，只考慮時(shí)變傳遞 路徑對(duì)嚙合振動(dòng)的影響；
[0008] 2)采用漢寧窗函數(shù)表示時(shí)變傳遞路徑對(duì)振動(dòng)信號(hào)的調(diào)制作用，
[0009]
[0010] 式中，Np表示行星輪的個(gè)數(shù)，ω。表示行星架的轉(zhuǎn)速，t表示輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；
[0011] 3)分析不同時(shí)變傳遞路徑之間的關(guān)系，行星輪-內(nèi)齒圈嚙合點(diǎn)振動(dòng)到達(dá)傳感器的 路徑長(zhǎng)度短，行星輪-太陽(yáng)輪嚙合點(diǎn)處振動(dòng)到達(dá)傳感器的路徑長(zhǎng)度更長(zhǎng)，即存在更大的能 量衰減，因此以⑴代表第i個(gè)行星輪與內(nèi)齒圈嚙合的傳遞路徑函數(shù)，i= 1，2,. . .，Np， 以Asl(t)代表第i個(gè)行星輪與太陽(yáng)輪嚙合的傳遞路徑函數(shù)，則二者之間關(guān)系表示為
[0012] AS1 (t) =kAri (t) (2)
[0013] 式中，k表示能量衰減系數(shù)，且k〈l;
[0014] 4)將第i個(gè)行星輪與太陽(yáng)輪的嚙合振動(dòng)A"(t)表示為關(guān)于振動(dòng)傳遞距離込的函 數(shù)，令行星輪轉(zhuǎn)過(guò)角度9;=!110(1(〇 (^+11^-31/^|：)，2 31)，式中1]^是第1個(gè)行星輪的初始安 裝位置，即第i個(gè)行星輪中心線距離固定參考位置的夾角，則傳遞路徑距離表示為
[0015]
[0016] 式中，込表示第i個(gè)行星輪與內(nèi)齒圈嚙合點(diǎn)到傳感器的距離，R彥示內(nèi)齒圈的節(jié) 圓半徑，這樣振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度就變成關(guān)于路徑長(zhǎng)度^的函數(shù)，所以根據(jù)式（1)知
[0018] 5)通過(guò)簡(jiǎn)化振動(dòng)傳遞幾何關(guān)系得到衰減系數(shù)k的表達(dá)式，齒輪嚙合振動(dòng)傳遞過(guò)程 中，行星輪與太陽(yáng)輪嚙合點(diǎn)振動(dòng)比行星輪與內(nèi)齒圈嚙合點(diǎn)振動(dòng)傳遞路徑更長(zhǎng)，L表示長(zhǎng)的部 分，近似為行星輪的直徑，即L=mZp，式中m是行星輪的模數(shù)，Zp是行星輪的齒數(shù)，代入式 (4)得到衰減系數(shù)k的表達(dá)式
[0019]
[0020] 式中，Zr表示內(nèi)齒圈的齒數(shù)。
[0021] 因此，式⑵寫為
[0022]
[0023] 由式（6)知，如果A"⑴對(duì)行星輪-內(nèi)齒圈嚙合點(diǎn)振動(dòng)調(diào)制的幅值為1，則AS1⑴ 對(duì)行星輪-太陽(yáng)輪調(diào)制的幅值為
，即針對(duì)不同的嚙合成分，修正后的調(diào) 制窗函數(shù)被賦予了不同的幅值。
[0024] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明對(duì)振動(dòng)時(shí)變傳遞路徑能量衰減系數(shù)進(jìn)行校正量化， 給出了衰減系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，突破了現(xiàn)有技術(shù)使用等幅值窗函數(shù)模擬傳遞路徑調(diào)制效應(yīng) 的局限，對(duì)不同嚙合成分逐一考慮，使得模型響應(yīng)與實(shí)測(cè)信號(hào)更加吻合，為周轉(zhuǎn)輪系故障診 斷提供了依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0026] 圖2為周轉(zhuǎn)輪系的振動(dòng)傳遞路徑示意圖。
[0027] 圖3為不同嚙合點(diǎn)到傳感器距離示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0029] 參照?qǐng)D1，一種周轉(zhuǎn)輪系時(shí)變傳遞路徑衰減系數(shù)校正方法，包括以下步驟：
[0030] 1)分析周轉(zhuǎn)輪系中存在的振動(dòng)傳遞路徑，忽略時(shí)不變傳遞路徑，只考慮時(shí)變傳遞 路徑對(duì)嚙合振動(dòng)的影響。
[0031] 參照?qǐng)D2,含有三個(gè)行星輪的周轉(zhuǎn)輪系中嚙合振動(dòng)可通過(guò)多個(gè)傳遞路徑到達(dá)傳感 器。由于行星輪的公轉(zhuǎn)，使得嚙合點(diǎn)位置與傳感器之間的傳遞路徑周期性變化。以某一個(gè) 行星輪的嚙合情況為例，圖2給出了可能存在的6條傳遞路徑。
[0032] 其中，該行星輪與太陽(yáng)輪的嚙合振動(dòng)到固定傳感器之間的傳遞路徑：太陽(yáng)輪一太 陽(yáng)輪中心軸一箱體一傳感器，太陽(yáng)輪一行星輪一內(nèi)齒圈一箱體一傳感器，太陽(yáng)輪一行星輪 -行星輪中心軸一行星架一箱體一傳感器，如圖2中路徑1、路徑2、路徑3所示；與內(nèi)齒圈 的嚙合振動(dòng)到固定傳感器之間的傳遞路徑：行星輪一太陽(yáng)輪一太陽(yáng)輪中心軸一箱體一傳感 器，行星輪一行星輪中心軸一行星架一箱體一傳感器，行星輪一內(nèi)齒圈一箱體一傳感器，如 圖2中路徑4、路徑5、路徑6所示。
[0033]