[发明专利]一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法

说明书

本公开揭示了一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法，包括：建立正常齿轮与故障齿轮的传动动力学模型；构造齿轮故障等效激励动力学模型，并根据该模型构建动载荷识别控制模型；构造基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型；测量正常齿轮与故障齿轮的输入和输出转角信号，分别得到正常齿轮传动和故障齿轮传动的动态传递误差，并计算故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差；求解所述基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型，识别齿轮故障等效激励力，并通过对比所识别的齿轮故障等效激励力与齿轮故障产生的真实等效激励力，实现齿轮故障的定量诊断。本公开间接测量齿轮故障等效激励力，准确识别齿轮故障等效激励力，具有操作简单和计算精度高的优点。

技术领域

本公开属于机械系统状态监测领域，具体涉及一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法。

背景技术

齿轮传动系统的振动包含来自于齿轮副啮合过程的内源激励如时变刚度、传递误差、啮合冲击。齿轮的局部式故障通过改变齿轮副的内源激励影响齿轮传动系统的振动，现有的故障诊断方法主要基于振动信号的故障特征提取，难以定性地判断故障的严重程度。由于齿轮故障主要作用在齿轮副的内源激励上，如果能够准确识别由故障引起的齿轮副内源激励力的变化，就可以准确判断故障的严重程度。

长期以来，齿轮动力学领域的研究重点在于动态响应正问题的求解与分析，尽管当前诸多研究建立了齿轮副内源激励如刚度激励、误差激励的计算模型，但是这些模型尚未从反问题的角度研究振动产生的根源——内源激励识别。从数学本质的角度来说，齿轮故障内源激励如点蚀、剥落和裂纹等局部故障皆可等效为内部动载荷。然而，传动系统内源激励载荷难以采用力传感器直接进行测量。通过逆向反演的思路，利用便于测量的齿轮轴转角信号间接地测量动载荷，被称为载荷识别。基于载荷识别的思想，利用齿轮局部式故障引起的等效激励在时域上的稀疏性，构建基于L1范数的解卷积模型，通过便于测量的齿轮残余传递误差，识别齿轮局部式故障引起的等效激励力，由于齿轮故障在齿轮传动动力学模型中通过等效激励力的形式表示，因此，可以由此判断故障的严重程度，实现故障的定量诊断。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法，采用稀疏动载荷识别的方法，识别齿轮局部式故障的等效激励力，实现齿轮局部式故障的定量诊断。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法，包括如下步骤：

S100：建立基于齿轮动态传递误差的正常齿轮传动动力学模型与故障齿轮传动动力学模型；

S200：根据所述正常齿轮传动动力学模型与故障齿轮传动动力学模型构造基于故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差的齿轮故障等效激励动力学模型，并根据所述齿轮故障等效激励动力学模型构建动载荷识别控制模型；

S300：离散所述动载荷识别控制模型，获得离散动载荷识别控制模型，并基于所述离散动载荷识别控制模型建立基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型；

S400：测量正常齿轮与故障齿轮的输入和输出转角信号，分别得到正常齿轮传动的动态传递误差和故障齿轮传动的动态传递误差，计算故障齿轮传动的动态传递误差与正常齿轮传动的动态传递误差之间的差值，获得故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差；

S500：根据所述故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差求解所述基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型，识别齿轮故障等效激励力，并通过对比所识别的齿轮故障等效激励力与齿轮故障产生的真实等效激励力，建立激励力误差最小化函数，实现齿轮故障的定量诊断。

优选的，所述正常齿轮传动动力学模型表示为：

所述故障齿轮传动动力学模型表示为：

且