[发明专利]一种行星齿轮裂纹深度评估方法

说明书

一种行星齿轮裂纹深度评估方法，通过行星轮系动力学仿真建立故障特征参数‑裂纹深度曲线，用行星变速箱的振动信号对行星齿轮的裂纹深度进行评估，包括以下步骤：将行星变速箱置于试验台上，进行振动信号采集试验，获得行星变速箱的振动信号；用频谱编辑滤波的方法对行星变速箱的振动信号进行预处理；从步骤S2得到的振动信号中提取故障频率和啮合频率；计算故障特征参数R；将故障特征参数R输入到已有的故障特征参数‑裂纹深度曲线中，求得对应的裂纹深度。其目的在于提供一种试验周期短、成本低、试验数据噪声小，实际应用中效果好，并且所获得的数据高效准确的行星齿轮裂纹深度评估方法。

技术领域

本发明属于故障预测与健康管理领域，具体涉及一种行星齿轮裂纹深度评估方法。

背景技术

行星齿轮是行星变速箱中的重要零件，其长时间处于重负载工况，易产生疲劳裂纹，若裂纹未及时处理，则可能进一步扩展导致齿轮的轮齿折断，造成行星变速箱的损伤。因此，及时发现行星齿轮裂纹，准确评估裂纹深度，以指导维护保养工作，对行星变速箱的正常运行具有十分重要的意义。

行星齿轮裂纹深度的评估，通常通过设定特定的故障特征参数，先用大量试验数据获取故障特征参数与裂纹深度的关系，即故障特征参数-裂纹深度曲线；对行星齿轮进行裂纹深度评估时，再测量其振动信号，计算故障特征参数，然后与故障特征参数-裂纹深度曲线进行对比，即可获得行星齿轮的裂纹深度。但通过试验获取故障特征参数-裂纹深度曲线，试验周期长、成本高、试验数据噪声大，实际应用中效果不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种试验周期短、成本低、试验数据噪声小，实际应用中效果好，并且所获得的数据高效准确的行星齿轮裂纹深度评估方法。

本发明一种行星齿轮裂纹深度评估方法，通过行星轮系动力学仿真，获得故障特征参数-裂纹深度曲线，然后采集行星变速箱振动信号，计算故障特征参数，与故障特征参数-裂纹深度曲线进行比对，评估行星齿轮裂纹深度，其包括以下步骤：

S1.将行星变速箱置于试验台上，进行振动信号采集试验，获得行星变速箱的振动信号；

S2.用频谱编辑滤波的方法对行星变速箱的振动信号进行预处理；

S3.从步骤S2得到的振动信号中提取故障频率和啮合频率；

S4.计算故障特征参数R；

S5.将故障特征参数R输入到已有的故障特征参数-裂纹深度曲线中，求得对应的裂纹深度。

所述步骤S4中的故障特征参数R的计算过程如下：

其中f_a是故障频率，f_m是啮合频率，kf_a是故障频率的k倍频，X(kf_a)是故障频率k倍频的幅值，X(f_m)是啮合频率幅值。

所述行星变速箱包括箱体、行星轮系、定轴轮系、主泵和回油泵，所述行星轮系包括太阳齿轮和行星齿轮。

所述步骤S1的振动信号采集试验，其输入转速为600r/min，负载为300Nm，采样频率为20kHz，采样时间为30s。

在步骤S2中，频谱编辑滤波是将行星变速箱中定轴轮系、主泵、回油泵的啮合频率去除。

在步骤S5中，已有的故障参数-裂纹深度曲线是事先由仿真得到的，其仿真过程如下：设置裂纹深度，计算其对应的啮合刚度，将啮合刚度代入行星变速箱中行星轮系的动力学模型进行仿真，获得仿真的振动信号，然后计算故障特征参数R；设置不同的裂纹深度，重复以上步骤，即获得不同裂纹深度与故障特征参数R的一一对应关系，即故障特征参数-裂纹深度曲线。

本发明行星齿轮裂纹深度评估方法的有益效果如下：