[发明专利]一种风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法

权利要求书

1.一种风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、基于势能法，建立考虑齿根过渡圆弧、裂纹扩展方向及路径的齿轮时变啮合刚度模型，得到不同深度的穿透型齿根裂纹和不同扩展宽度的非穿透型齿根裂纹下，风电齿轮箱平行级齿轮副时变啮合刚度；

步骤2、采用风电机组整机仿真软件FAST获取几组稳态风况及几组湍流风况下风电齿轮箱平行级齿轮传动系统输出轴的转速和转矩；

步骤3、利用有限单元法，在步骤1的基础上考虑传动轴柔性、轴承支撑刚度及传动误差，建立风电齿轮箱平行级齿轮传动系统动力学模型；该模型是将平行级齿轮传动系统中各轴段的运动微分方程、齿轮副啮合单元运动微分方程及轴承支撑刚度方程进行组装，得到系统运动微分方程为：

式中，M为系统整体质量矩阵，C为系统整体阻尼矩阵；X为平行级齿轮传动系统的整体位移向量；K为系统整体刚度矩阵；T^s为输入扭矩和负载向量；F_e为由齿轮副误差产生的激振力；

步骤4、将步骤2中得到稳态和湍流风况下的转速及转矩作为步骤3中所建立的风电齿轮箱平行级齿轮传动系统动力学模型的外部载荷输入，得到不同风况、不同齿根裂纹模式下的平行级输入轴、输出轴各节点振动响应的位移向量；

步骤5、使用步骤4中风电齿轮箱平行级输入轴与输出轴各节点处位移振动信号的时频域特征，构建风电齿轮箱平行级齿根裂纹故障振动特征集，包含6个时域特征量、5个频域特征量；

步骤6、采用广义BP神经网络结构建立风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别模型，将步骤5中所构建的风电齿轮箱平行级齿根裂纹故障振动特征集作为齿根裂纹模式识别模型的输入，获得稳态和湍流风况下步骤1所确定的风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式。

2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是，在步骤1中，所述齿轮时变啮合刚度模型为：

式中，k为啮合齿轮的总刚度，k_h为赫兹刚度，k_b为弯曲刚度，k_a为径向压缩刚度，k_s为剪切刚度，下标1、2分别表示主、从动齿轮。

3.根据权利要求2所述的风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是，在步骤5中，所述6个时域特征参数为：

p₃＝max|x(n)|

式中，x代表不同齿根裂纹模式下的风电齿轮箱平行级输入轴与输出轴各轴段节点处y向的位移响应幅值，为均值，x(n)为时间序列，n＝1,2，…，N；N为时间序列的总长度；

对不同齿根裂纹模式下的风电齿轮箱平行级输入轴与输出轴各轴段节点处y向的位移响应进行时频域分析，得到其频域响应，所述5个频域特征参数：

式中，f_k为第k条谱线的频率幅值，s(k)为时间序列频谱中第k条谱线对应的频率，k＝1,2，…，K，K为谱线数量。

4.根据权利要求3所述的风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是，在步骤6中，所述齿根裂纹模式识别模型有输入层、隐含层和输出层，输入层节点为步骤5中所列的时频域特征向量的个数，共11个，隐含层节点数为8个；输出层节点数为4个。

5.根据权利要求1-4任一所述风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是：所述穿透型齿根裂纹和非穿透型齿根裂纹各设有4种模式。

6.根据权利要求5所述的风电齿轮箱平行级齿根裂纹模式识别方法，其特征是：稳态风况下仿真获取输出轴的转速和转矩有4组，湍流风况下仿真获取输出轴的转速和转矩有6组。