(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210599905.X (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 北京化工大 学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 张进杰　张秋爽　茆志伟　王瑶　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 刘萍 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2022.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于齿轮箱体振动响应的齿轮磨损均 匀性辨识方法 (57)摘要 本发明提供一种基于齿轮箱振动响应特征 的齿轮磨损均匀性辨识方法。 分析 实际运行过程 齿轮箱各元件中的约束关系， 确定系统边界条件 的描述方式， 建立包含齿轮箱 体和齿轮传动系统 的刚柔耦合模型； 采用数值计算方法对均匀、 非 均匀磨损齿轮的动态啮合刚度计算， 构建系统动 力学计算模 型， 得到不同磨损模式对齿轮啮合刚 度及磨损量影 响程度量化评价； 结合刚柔耦合模 型获得均匀、 非均匀磨损下齿轮啮合力及箱体振 动响应规律； 搭建模拟试验台采集齿轮箱体振动 信号并提取特征， 实现磨损均匀性辨识。 本发明 以刚柔耦合方法和数值计算综合方法建立齿轮 箱动力模型， 考虑啮合刚度及磨损量变化及壳体 与传动系的相互影 响， 能准确地对齿轮磨损均匀 性进行计算。 权利要求书4页 说明书10页 附图7页 CN 115204213 A 2022.10.18 CN 115204213 A 1.一种基于齿轮箱体振动响应的齿轮磨损均匀性辨识方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 1)建立齿轮箱传动系统的刚柔耦合多体动力学仿真模型： 获取传动齿轮箱的特征参数 及初始工况参数； 根据所述特征参数及初始工况参数确定各个元件之 间的运动约束关系以 及齿轮/箱体边界条件的描述方式； 根据所述约束关系及各边界的描述方式， 建立齿轮箱传 动系统的刚柔耦合多体动力学模型； 2)计算均匀、 非均匀磨损下的动态啮合刚度： 采用解析法计算均匀、 非均匀磨损齿轮的 动态啮合刚度， 得到不同磨损模式对齿轮啮合刚度及磨损量影响程度量 化结果； 3)均匀与非均匀下的齿轮啮合力/箱体振动的特性分析： 在步骤1)刚柔动力学模型上 齿轮啮合接触单元输入步骤2)计算齿轮啮合刚度变换曲线作为内激励； 选定振动测点， 一 般选取靠近振源激励相近点为振动测点， 监测施加所述内激励力前和施加所述内激励力后 齿轮箱齿轮/箱体界面前和界面后的啮合力/振动加速度信号； 振动测点布置在增速齿轮/ 箱体轮轴孔上 方界面， 所测得的振动加速度信号均为重力方向； 4)采集实际齿轮箱体振动信号与齿轮磨损均匀性辨识： 搭建模拟试验台采集齿轮箱体 振动信号并提取 特征， 实现齿轮箱磨损均匀性 辨识。 2.根据权利要求1所述的齿轮箱体振动响应的齿轮磨损均匀性辨识方法， 其特征在于： 在所述步骤1)中， 所述特征参数包括齿轮箱增速直齿轮、 转轴、 机体的几何结构参数及所用 材料特性； 所述几何结构参数从该齿轮、 转轴以及箱体的图纸文件中获取； 所述材料特性至 少包括齿轮、 转轴、 箱体所用材料牌号和力学性能； 根据图纸文件的几何参数建立齿轮箱 三 维模型， 将三维模型导入多体动力学分析软件建立多体动力学模型， 导入各部件均为刚性 体， 将各部件按照所述各元件之 间的运动关系建立约束： 齿轮与其配合轴之 间为固定约束、 转轴与机体之 间为绕z轴的旋转约束， 机体与大地做固定约束， 在转轴与机体之 间添加轴承 接触模拟轴承阻尼及刚度作用， 基于Hertz接触理论， 接触构件之间的法向接触力表达式如 下： 式中， k为接触刚度系数； c为阻尼系数； δ为接触穿透深度； 为接触穿透深度的导数； m1、 m2、 m3分别为刚度指数、 阻尼指数、 凹痕指数； 啮合齿轮之间添加 接触副模拟齿轮啮合约 束， 设置齿轮啮合刚度； 选择将目标齿轮、 传递轴以及齿轮箱体做柔性化处理， 其余部件仍 保持刚性部件， 将分析 的关键部件通过有限元软件对进行网格划分， 建议使用四节点四面 体单元结构网格， 在机体转轴孔中心创建质量单元， 以中心节点作为主节点， 孔面上的点作 为从节点， 创建刚性连接， 将包含模型节点、 材料、 单元类型信息的柔性轴瓦导入多体动力 学软件代替原刚性元件， 实现刚柔耦合， 完成 刚柔耦合模型建立， 模 型驱动形式为绕驱动轴 轴向方向的扭矩， 负载 形式为绕动力输出齿轮的扭转阻尼。 3.根据权利要求1所述的齿轮箱体振动响应的齿轮磨损均匀性辨识方法， 其特征在于： 在所述步骤2)中， 考虑磨损均匀性的齿轮啮合刚度计算公式表示 为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115204213 A 2上式中， kh为主动轮接触刚度， kb1为主动轮轮齿弯曲刚度， ks1为主动轮轮齿剪切刚度， ka1为主动轮轴向压缩刚度， kf1为主动轮基体弹性刚度； kb2为被动轮轮齿弯曲刚度， ks2为被 动轮轮齿剪切刚度， ka2为被动轮轴向压缩刚度， kf2为被动轮 基体弹性刚度； 其中， kh的计算公式表示 为： 上式中， E为弹性模量； ν 为泊松比； L 为齿宽； kb、 ks、 ka的计算公式分别表示 为： 上式中， N为齿数， hw为表示轮齿磨损齿廓上啮合点A在坐标x处的磨损量， Rb为轮齿的基圆半 径， α0为完美齿廓处压力角， α 为啮合点A处压力角， α2为主动轮单齿上基圆所占角度的一半： α1为完美齿廓啮合 点角度， α3啮合点A的角度： kf的计算公式表示 为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115204213 A 3