一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法技術(shù)

一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法，它涉及一種測量方法，具體涉及一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法。本發(fā)明專利技術(shù)為了解決目前缺乏一種能夠直接測量高速輕量化盤形齒輪振動的有效監(jiān)測方法的問題。本發(fā)明專利技術(shù)的步驟為：步驟一、建立高速輕量化盤形齒輪的三維實體模型；步驟二、建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型；步驟三、高速輕量化盤形齒輪的模態(tài)分析；步驟四、確定高速輕量化齒輪軸向振動電渦流位移傳感器的測點位置；步驟五、搭建高速輕量化盤形齒輪軸向振動的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術(shù)屬于航空領域。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種測量方法，具體涉及一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法，屬于航空領域。
技術(shù)介紹
近年來，隨著新材料和加工技術(shù)快速發(fā)展，使得人們可利用高性能材料、齒輪結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等技術(shù)途徑設計和制造高速輕量化齒輪；進而滿足航空、航天、無人機、無人飛艇、潛艇等領域?qū)Ω咚佟⑤p量化齒輪的迫切需求。但因為高速輕量化齒輪的輕量化設計理念和傳遞更多載荷的追求，使其柔性變形遠大于其它常用齒輪傳動系統(tǒng)，從而導致高速輕量化盤形齒輪傳動系統(tǒng)的振動噪聲問題更為突出。同時據(jù)統(tǒng)計傳動機械中80％的故障是由齒輪引起的，旋轉(zhuǎn)機械中齒輪故障占其故障的10％左右。為將齒輪故障所導致危害和損失降低到最低，國內(nèi)外的研究學者采用了各種先進的測量技術(shù)和方法來監(jiān)測齒輪及齒輪箱的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)齒輪及齒輪箱由事后維修和定期檢修到視情維修的根本轉(zhuǎn)變，從而最大限度的降低齒輪故障率。目前最常用的齒輪狀態(tài)監(jiān)測方法是齒輪箱體振動測試法。齒輪箱振動測試是一種間接測量齒輪振動的測量方法。有研究表明：齒輪振動特征信號在經(jīng)歷“齒輪-軸-軸承-軸承座-箱體-測點”的傳遞過程中振動能量損失巨大，如在軸承座表面處的振動能量已經(jīng)減少到最初振動能量的0.01％；齒輪振動能量的99.98％損失在齒輪界面上如輪緣、輻板的振動。同時，高速輕量化盤形齒輪的軸向振動遠大于其徑向和圓周方向的振動。當前對于高速輕量化盤形齒輪振動特征監(jiān)測的難點之一是如何對齒輪的早期故障做出預判。齒輪早期故障的振動特征信號非常微弱，且常常湮沒在“齒輪-軸-軸承-軸承座-箱體-測點”的傳遞路徑和噪聲中。解決的方法有：一是盡量充分的獲得早期齒輪振動特征信號，如通過使用技術(shù)更為先進的傳感器和傳感器測點的優(yōu)化布置；二是利用各種先進的信號處理方法處理振動特征信號，消除噪聲和其它信號的干擾，以獲取更加準確的齒輪振動特征信號。現(xiàn)有齒輪箱體振動測試法的缺點是：測點信號微弱、信號干擾多、信號處理繁瑣、針對早期的齒輪振動特征信號的準確性和靈敏性差、操作困難。因此目前缺乏一種直接測量高速輕量化盤形齒輪振動的有效監(jiān)測方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為解決目前缺乏一種能夠直接測量高速輕量化盤形齒輪振動的有效監(jiān)測方法的問題，進而提出一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法。本專利技術(shù)為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)的具體步驟如下：步驟一、建立高速輕量化盤形齒輪的三維實體模型：利用三維軟件建立高精度的齒輪三維實體模型；步驟二、建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型：將步驟一中建立的高精度齒輪三維實體模型導入到有限元分析軟件中，根據(jù)齒輪實際情況設定齒輪材料屬性參數(shù)，并對齒輪的三維實體模型進行網(wǎng)格單元的劃分，根據(jù)齒輪的實際運行工況設置其約束關(guān)系，最終得到符合齒輪實際工況的有限元模型；步驟三、高速輕量化盤形齒輪的模態(tài)分析：對步驟一所建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型進行模態(tài)分析，以得到齒輪有限元模型的X階固有頻率和模態(tài)特征，其中模態(tài)分析的模態(tài)階數(shù)X大于6，；步驟四、確定高速輕量化齒輪軸向振動電渦流位移傳感器的測點位置：根據(jù)步驟三所得齒輪的固有頻率和模態(tài)特征，獲得齒輪工作頻率范圍內(nèi)的齒輪軸向振動幅值，通過對齒輪軸向振動幅值的對比分析確定齒輪軸向振動幅值最大區(qū)域，最終結(jié)合模態(tài)分析的齒輪軸向最大振動區(qū)域和電渦流傳感器測量要求確認出軸向振動位移傳感器的最佳測點位置；步驟五、搭建高速輕量化盤形齒輪軸向振動的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：根據(jù)步驟四中獲得的傳感器的最佳測點位置安裝電渦流位移傳感器，同時采用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得電渦流傳感器所采集的信息，最后將齒輪軸向振動信號經(jīng)歷相應的處理后獲得高速輕量化盤形齒輪的軸向振動特征信息。本專利技術(shù)的有益效果是：1、本專利技術(shù)能夠直接測量高速輕量化盤形齒輪的振動特征信號，進而能夠更加有效的降低齒輪故障率；2、本專利技術(shù)能夠快速準確的確定齒輪軸向振動位移傳感器的最佳測點位置；3、本專利技術(shù)確定的結(jié)合電渦流位移傳感器和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的齒輪軸向振動測試方法具有：靈敏度高、針對性強、振動特征信號強和干擾少、信號處理簡便、準確性高、操作簡單等優(yōu)點。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的方法流程圖；圖2是本專利技術(shù)實施例中的高速輕量化盤形齒輪三維實體模型示意圖；圖3是本專利技術(shù)實施例中的高速輕量化盤形齒輪有限元模型示意圖；圖4是本專利技術(shù)實施例中的高速輕量化盤形齒輪典型模態(tài)振型特征示意圖，其中圖4a是第二階振型示意圖，圖4b是第八階振型示意圖，圖4c是是第十二階振型示意圖，圖4d是第十五階振型示意圖；圖5是利用本專利技術(shù)獲得0.5kHz～5kHz范圍內(nèi)的高速輕量化盤形齒輪振動示意圖；圖6是利用齒輪箱體振動測量方法獲得0.5kHz～5kHz范圍內(nèi)的高速輕量化盤形齒輪振動示意圖；圖7是利用本專利技術(shù)獲得5kHz～10kHz的高速輕量化盤形齒輪振動示意圖；圖8是利用齒輪箱體振動測量方法獲得5kHz～10kHz范圍內(nèi)的高速輕量化盤形齒輪振動示意圖。具體實施方式具體實施方式一：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法的步驟如下：步驟一、建立高速輕量化盤形齒輪的三維實體模型：利用三維軟件建立高精度的齒輪三維實體模型；步驟二、建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型：將步驟一中建立的高精度齒輪三維實體模型導入到有限元分析軟件中，根據(jù)齒輪實際情況設定齒輪材料屬性參數(shù)，并對齒輪的三維實體模型進行網(wǎng)格單元的劃分，根據(jù)齒輪的實際運行工況設置其約束關(guān)系，最終得到符合齒輪實際工況的有限元模型；步驟三、高速輕量化盤形齒輪的模態(tài)分析：對步驟一所建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型進行模態(tài)分析，以得到齒輪有限元模型的X階固有頻率和模態(tài)特征，其中模態(tài)分析的模態(tài)階數(shù)X大于6，；步驟四、確定高速輕量化齒輪軸向振動電渦流位移傳感器的測點位置：根據(jù)步驟三所得齒輪的固有頻率和模態(tài)特征，獲得齒輪工作頻率范圍內(nèi)的齒輪軸向振動幅值，通過對齒輪軸向振動幅值的對比分析確定齒輪軸向振動幅值最大區(qū)域，最終結(jié)合模態(tài)分析的齒輪軸向最大振動區(qū)域和電渦流傳感器測量要求確認出軸向振動位移傳感器的最佳測點位置；步驟五、搭建高速輕量化盤形齒輪軸向振動的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：根據(jù)步驟四中獲得的傳感器的最佳測點位置安裝電渦流位移傳感器，同時采用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得電渦流傳感器所采集的信息，最后將齒輪軸向振動信號經(jīng)歷相應的處理后獲得高速輕量化盤形齒輪的軸向振動特征信息。本實施方式中所述高速輕量化盤形齒輪是指齒輪轉(zhuǎn)速大于3000r/min或圓周方向的切線速度大于22m/s；輕量化齒輪是指齒輪具有輕薄輻板、窄輪緣等特征，其中輕薄輻板是指輻板厚度和齒寬之比在0.1～0.3范圍內(nèi)，窄輪緣是指輪緣系數(shù)λr在2.3～6.8的范圍內(nèi)(λr＝(齒頂圓直徑-輪緣內(nèi)徑)/齒輪法向模數(shù))；盤形齒輪是指齒輪的分度圓直徑和齒寬之比大于4，且輻板為連續(xù)圓盤形狀。步驟二中針對齒輪的輪齒、輪緣和輻板的過渡段、輻板和輪轂的過渡段等應力集中部進行局部的詳細本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法，其特征在于：所述一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法的步驟如下：步驟一、建立高速輕量化盤形齒輪的三維實體模型：利用三維軟件建立高精度的齒輪三維實體模型；步驟二、建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型：將步驟一中建立的高精度齒輪三維實體模型導入到有限元分析軟件中，根據(jù)齒輪實際情況設定齒輪材料屬性參數(shù)，并對齒輪的三維實體模型進行網(wǎng)格單元的劃分，根據(jù)齒輪的實際運行工況設置其約束關(guān)系，最終得到符合齒輪實際工況的有限元模型；步驟三、高速輕量化盤形齒輪的模態(tài)分析：對步驟一所建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型進行模態(tài)分析，以得到齒輪有限元模型的X階固有頻率和模態(tài)特征，其中模態(tài)分析的模態(tài)階數(shù)X大于6,；步驟四、確定高速輕量化齒輪軸向振動電渦流位移傳感器的測點位置：根據(jù)步驟三所得齒輪的固有頻率和模態(tài)特征，獲得齒輪工作頻率范圍內(nèi)的齒輪軸向振動幅值，通過對齒輪軸向振動幅值的對比分析確定齒輪軸向振動幅值最大區(qū)域，最終結(jié)合模態(tài)分析的齒輪軸向最大振動區(qū)域和電渦流傳感器測量要求確認出軸向振動位移傳感器的最佳測點位置；步驟五、搭建高速輕量化盤形齒輪軸向振動的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：根據(jù)步驟四中獲得的傳感器的最佳測點位置安裝電渦流位移傳感器，同時采用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得電渦流傳感器所采集的信息，最后將齒輪軸向振動信號經(jīng)歷相應的處理后獲得高速輕量化盤形齒輪的軸向振動特征信息。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種測量高速輕量化盤形齒輪軸向振動方法，其特征在于：所述一種測量高速輕量
化盤形齒輪軸向振動方法的步驟如下：
步驟一、建立高速輕量化盤形齒輪的三維實體模型：利用三維軟件建立高精度的齒輪
三維實體模型；
步驟二、建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型：
將步驟一中建立的高精度齒輪三維實體模型導入到有限元分析軟件中，根據(jù)齒輪實際
情況設定齒輪材料屬性參數(shù)，并對齒輪的三維實體模型進行網(wǎng)格單元的劃分，根據(jù)齒輪的
實際運行工況設置其約束關(guān)系，最終得到符合齒輪實際工況的有限元模型；
步驟三、高速輕量化盤形齒輪的模態(tài)分析：
對步驟一所建立高速輕量化盤形齒輪的有限元模型進行模態(tài)分析，以得到齒輪有限元
模型的X階固有頻率和模態(tài)特征，其中模態(tài)分析的模態(tài)階數(shù)X大于6,；
步驟四、確定高速輕量化齒輪軸向振動電渦流位移傳...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮海生，王黎欽，李澤遠，彭波，張靜靜，張傳偉，楊玲，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23