行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)及其方法，包括組成行星齒輪箱的內(nèi)齒圈、行星輪和太陽(yáng)輪，其中內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪除自轉(zhuǎn)外還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)；所述內(nèi)齒圈的若干連續(xù)輪齒作為檢測(cè)齒，檢測(cè)齒的齒根部位粘貼有光纖光柵陣列，寬帶光源發(fā)出的光通過光纖a、耦合器和光纖c傳輸?shù)焦饫w光柵陣列，反射光通過光纖c、耦合器和光纖b進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)部分，解調(diào)完成之后的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)用于完成齒根應(yīng)變序列構(gòu)建和行星齒輪箱故障特征提取，本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有技術(shù)由于振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)烈的非線性和非平穩(wěn)性特點(diǎn)所造成的行星齒輪箱故障診斷的難題。
【專利說明】
行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)試與故障診斷技術(shù)，具體設(shè)及行星齒輪箱故障 信息獲取系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 行星齒輪箱由于體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于航 空、風(fēng)力發(fā)電、起重運(yùn)輸、能源等領(lǐng)域的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，然而受制造、安裝誤差和低速重載 的惡劣工作環(huán)境影響，行星齒輪箱發(fā)生故障的概率很高，由于行星齒輪箱位于機(jī)械系統(tǒng)的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)其出現(xiàn)故障后，若不及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施，輕則會(huì)影響系統(tǒng)性能，重則會(huì) 使系統(tǒng)擁痕，造成嚴(yán)重事故，因此，對(duì)行星齒輪箱進(jìn)行故障診斷具有重要意義。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外研究人員絕大部分是通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析處理來判斷行星齒輪箱 的健康狀況，振動(dòng)傳感器安裝在與內(nèi)齒圈相連的箱體上，將振動(dòng)信號(hào)作為故障載體信號(hào)的 主要優(yōu)勢(shì)在于其測(cè)量簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)且包含有豐富的故障信息，然而行星齒輪箱的振動(dòng)信 號(hào)呈現(xiàn)出比一般機(jī)械設(shè)備更復(fù)雜的特點(diǎn)：多個(gè)曬合振動(dòng)之間相互禪合且振動(dòng)信號(hào)被傳輸路 徑調(diào)制，導(dǎo)致傳感器測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)中包含有多種頻率成分和豐富的邊頻帶信息，表現(xiàn)出 強(qiáng)烈的非線性特點(diǎn)；變速、變載工況導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)中的齒輪曬合頻率和故障特征頻率發(fā)生 變化，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非平穩(wěn)性特點(diǎn)，由于W上原因，盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在動(dòng)力學(xué)建模和振動(dòng)信 號(hào)處理等方面進(jìn)行了大量的工作，但現(xiàn)在行星齒輪箱的故障診斷仍是一個(gè)技術(shù)難題。
[0004] 實(shí)際上，行星齒輪箱中最關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)是齒輪之間的曬合運(yùn)動(dòng)，曬合力是能夠反映 齒輪曬合狀態(tài)和特性的最直接參數(shù)，然而曬合力由輪齒相互接觸、擠壓產(chǎn)生，不可能在輪齒 的接觸區(qū)域布置傳感器W測(cè)量該力，因此研究者選擇振動(dòng)信號(hào)來間接反映曬合力的變化情 況，但在行星齒輪箱中曬合力信息與振動(dòng)信息的映射關(guān)系非常復(fù)雜，導(dǎo)致出現(xiàn)了行星齒輪 箱故障診斷的困境，考慮到輪齒的齒根區(qū)域和曬合區(qū)域距離非常近，曬合力的變化會(huì)直接 導(dǎo)致齒根應(yīng)變的變化，所W與振動(dòng)信號(hào)相比，齒根應(yīng)變信號(hào)更能夠反映齒輪的曬合狀態(tài)，是 一種更加優(yōu)質(zhì)的故障特征載體信號(hào)，然而，到目前為止，基于齒根應(yīng)變信號(hào)的行星齒輪箱故 障診斷方法仍未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)及其方法，該方法可解決
【背景技術(shù)】中由于振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)烈的非線性和非平穩(wěn)性特點(diǎn)所造成的行星齒輪箱故障診斷的 難題。
[0006] 為了達(dá)到W上目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn):行星齒輪箱故障信息獲 取系統(tǒng)，包括組成行星齒輪箱的內(nèi)齒圈、行星輪和太陽(yáng)輪，其中內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪繞 自身中屯、軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪除自轉(zhuǎn)外還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn);所述內(nèi)齒圈的若干連續(xù)輪齒作為檢 測(cè)齒，檢測(cè)齒的齒根部位粘貼有光纖光柵陣列，寬帶光源發(fā)出的光通過光纖a、禪合器和光 纖C傳輸?shù)焦饫w光柵陣列，在光纖光柵陣列發(fā)生光反射，反射光通過光纖C、禪合器和光纖b 進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)部分，解調(diào)完成之后的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，計(jì)算機(jī)用于完成齒根應(yīng)變序列構(gòu)建和行星齒輪箱故障特征提取。
[0007] 所述光纖光柵陣列為在一根光纖上刻寫多段光纖光柵，光纖光柵的數(shù)量與檢測(cè)齒 的數(shù)量相同。
[0008] 所述光纖光柵的長(zhǎng)度小于檢測(cè)齒的齒寬，光纖光柵的軸向與內(nèi)齒圈的軸向平行。
[0009] 所述波長(zhǎng)解調(diào)部分用于將光纖光柵陣列的反射波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為包含有應(yīng)變信息 的電壓信號(hào)，包括光電轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、控制電路模塊W 及光學(xué)元器件。
[0010] 所述禪合器采用3地禪合器。
[0011] 本發(fā)明還提出一種行星齒輪箱故障信息獲取方法，包括W下步驟：
[0012] 步驟一、選定內(nèi)齒圈的連續(xù)η個(gè)輪齒作為檢測(cè)齒，并在檢測(cè)齒的齒根部位粘貼光纖 光柵陣列，獲取檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)；
[0013] 步驟二、對(duì)步驟一中獲取的齒根應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行序列構(gòu)建；
[0014] 步驟Ξ、對(duì)步驟二構(gòu)建出的齒根應(yīng)變序列進(jìn)行行星齒輪箱故障特征提?。?br>[0015] 在每一組齒根應(yīng)變序列中，將相鄰兩個(gè)輪齒的齒根應(yīng)變信號(hào)相加，形成Ν+1組時(shí)域 上連續(xù)的齒根應(yīng)變信號(hào)，設(shè)反映行星輪j和檢測(cè)齒直接曬合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為fpj (t)，反映太陽(yáng)輪和檢測(cè)齒間接曬合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為fs(t)，行星齒輪箱的曬合 頻率為fm，行星輪齒數(shù)、太陽(yáng)輪齒數(shù)、內(nèi)齒圈齒數(shù)分別為Zp、Zs、Zr，行星輪數(shù)量為N;
[0016] 3.1提取行星齒輪箱故障的頻域特征
[0017] 若在fpj(t)的功率譜中，曬合頻率及其諧波附近出現(xiàn)間隔為^的邊頻帶，則說明 厶P 行星輪j出現(xiàn)故障；
[001引若在fs(t)的功率譜中，曬合頻率及其諧波附近出現(xiàn)間隔為^的邊頻帶，則說明太 陽(yáng)輪出現(xiàn)故障；
[0019] 3.2提取行星齒輪箱故障的時(shí)域特征
[0020] 取fp^t)區(qū)間
：k為自然數(shù)）內(nèi)的信號(hào)fp^k，t)，設(shè)gp^k，t) = fpパ0，t)-fpパk，t);若行星輪j發(fā)生故障，則gpパk，t化某一區(qū)間（tl，t2)內(nèi)的能量水平(有 效值)便會(huì)偏高，區(qū)間在gp^k，t)中的位置反映故障在行星輪j上出現(xiàn)的位置，（tl, t2)區(qū)間的長(zhǎng)度反映行星輪j故障的范圍，區(qū)間內(nèi)gp^k，t)的形式反映行星輪j故障的 類型，區(qū)間內(nèi)gp^k，t)有效值的大小反映行星輪j故障的劇烈程度；
[0021] 取 fs(t)區(qū) I'E
弓的信號(hào) fs 化，t)，設(shè) gs 化，t)=fs(〇，t)-fs 化， t);若太陽(yáng)輪發(fā)生故障，則gs化，t)在某一區(qū)間內(nèi)的能量水平(有效值)便會(huì)偏高， (tl，t2)區(qū)間在gs化，t)中的位置反映故障在太陽(yáng)輪上出現(xiàn)的位置，區(qū)間的長(zhǎng)度反映 太陽(yáng)輪故障的范圍，區(qū)間內(nèi)gs化，t)的形式反映太陽(yáng)輪故障的類型，區(qū)間內(nèi)gs 化，t)有效值的大小反映太陽(yáng)輪故障的劇烈程度。
[0022] 所述步驟一具體包括W下步驟：
[0023] 1.1、確定內(nèi)齒圈上所需連續(xù)檢測(cè)齒的數(shù)量η:設(shè)在行星齒輪箱中，行星輪齒數(shù)、太 陽(yáng)輪齒數(shù)、內(nèi)齒圈齒數(shù)分別為Zp、Zs、Zr;行星輪數(shù)量為N;rem(w，v)表示W(wǎng)與V相除的余數(shù);i為 正整數(shù)；令
'其中a、c為整數(shù)，b、d為真分?jǐn)?shù)；H = bZp;K = dZs;
(若 rem(b · · ?,2π)=〇,則 anglep(i)=2JT;若 rem(b ·化· ?,2π)辛0， 貝 lJanglep(i)=rem(b?23T.i,23〇)
若 rem(d?23T.i,23〇=0，jjiJ[J 曰11邑163(；0=化；若的111((1?化《1,231)辛0，則日]1邑163(；〇=的111((1?化《1,231));
[0024] 分W下四種情況討論：
[0025] (1)當(dāng)b = 0且d辛0時(shí)，則n為Zp和K中的最大值；
[0026] (2)當(dāng)b辛0且d = 0時(shí)，則η為Zs和Η中的最大值；
[0027] (3)當(dāng)b = 0且d = 0時(shí)，則η為Ζρ和Zs中的最大值；
[002引 （4)當(dāng)b辛0且d辛0時(shí)，設(shè)nmax(i)為np(i)和ns(i)中的最大值，當(dāng)i = is時(shí)，nmax(i)最 小，貝ljn = nmax(is);
[0029] 1.2、安裝光纖光柵陣列
[0030] 選擇在一根光纖上刻寫有η段光柵的光纖光柵陣列，在每個(gè)檢測(cè)齒的齒根部位粘 貼一段光纖光柵。
[0031] 所述步驟二具體包括W下步驟：
[0032] 每次行星輪與所有檢測(cè)齒完成一次曬合時(shí)，光纖光柵陣列檢測(cè)到一組齒根應(yīng)變信 號(hào)，稱為一個(gè)齒根應(yīng)變周期;一個(gè)齒根應(yīng)變周期的持續(xù)時(shí)間為Ti，相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變周期的 時(shí)間間隔為T2,每個(gè)齒根應(yīng)變周期的起始端標(biāo)記為STA，距離終止端（向前)時(shí)間間隔為te處 標(biāo)記為END, te為相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變信號(hào)重疊部分的時(shí)間長(zhǎng)度，在W下的構(gòu)建過程中，需要 對(duì)齒根應(yīng)變周期進(jìn)行截取，截取信號(hào)的起始端標(biāo)記為STAJ(與STA重合），距離終止端（向前） 時(shí)間間隔為te處標(biāo)記為ENDJ，齒根應(yīng)變周期編號(hào)為P，選定任一組齒根應(yīng)變周期為構(gòu)建序列 的起點(diǎn)，從該起點(diǎn)開始，P值依次為1，2，3……；
[0033] 2.1、構(gòu)建反映行星輪與檢測(cè)齒直接曬合的齒根應(yīng)變序列
[0034] 設(shè)所構(gòu)建的序列針對(duì)編號(hào)為j (j = 1，2，3......N)的行星輪，若rem(p，N)辛0，則占· =rem(P，N)，若rem(P，N) = 0，則j = N，按照下述方法，共構(gòu)建N組反映不同行星輪和檢測(cè)齒 直接曬合的齒根應(yīng)變序列；
[0035] (1)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(1)種情況
[0036] 若n = Zp，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0037] 若η = Κ，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Ζρ個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0038] (2)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(2)種情況
[0039] 若η = Η，將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0040] 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Η個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0041] (3)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(3)種情況
[0042] 若η = Ζρ，將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0043] 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zp個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0044] (4)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(4)種情況
[0045] 若n = np(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒 根應(yīng)變周期的END端；
[0046] 若n = ns(is)，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始np(is)個(gè)檢測(cè)齒的齒根 應(yīng)變信號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的 ENDJ端；
[0047] 2.2、構(gòu)建反映太陽(yáng)輪與檢測(cè)齒間接曬合的齒根應(yīng)變序列
[0048] (1)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(1)種情況
[0049] 若n = Zp，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始K個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0050] 若η = Κ，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0051] (2)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(2)種情況
[0052] 若n = H，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0053] 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0054] (3)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(3)種情況
[0055] 若n = Zp，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端；
[0056] 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的END端；
[0057] (4)對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(4)種情況
[0058] 若n = np(is)，首先截取一個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始ns(is)個(gè)檢測(cè)齒的齒根 應(yīng)變信號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的 ENDJ端；
[0059] 若n = ns(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒 根應(yīng)變周期的END端。
[0060] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明至少具有W下有益效果：
[0061] (1)本發(fā)明使用齒根應(yīng)變信號(hào)作為行星齒輪箱故障特征載體信號(hào)，與傳統(tǒng)的振動(dòng) 信號(hào)相比，該信號(hào)受故障的影響更直接，信噪比更高，更能反映行星齒輪箱的健康狀況；
[0062] (2)本發(fā)明利用光纖光柵陣列獲取內(nèi)齒圈的多點(diǎn)齒根應(yīng)變信息，傳感器安裝方便， 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高；
[0063] (3)本發(fā)明根據(jù)行星齒輪箱的參數(shù)優(yōu)化應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，可有效降低測(cè)試系統(tǒng)成 本，提高本方法的工程應(yīng)用價(jià)值；
[0064] (4)本發(fā)明對(duì)內(nèi)齒圈齒根應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行時(shí)間序列構(gòu)建，并從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面 提取行星齒輪箱的故障特征，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠更加直觀、準(zhǔn)確地獲得行星齒輪箱的故 障位置、故障范圍、故障劇烈程度等信息。
【附圖說明】
[0065] 圖1為本發(fā)明一種光纖獲取行星齒輪箱故障信息的方法框圖；
[0066] 圖2為本發(fā)明光纖光柵陣列在齒根上的粘貼方式示意圖；
[0067] 圖3為本發(fā)明在確定檢測(cè)齒數(shù)目時(shí)用到的曲線圖；
[0068] 圖4為本發(fā)明光纖光柵陣列測(cè)到的齒根應(yīng)變信號(hào)示意圖；
[0069] 圖5為本發(fā)明將齒根應(yīng)變信號(hào)時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為連續(xù)時(shí)域信號(hào)的示意圖；
[0070] 圖6為本發(fā)明行星齒輪箱故障的時(shí)域特征提取方法示意圖。
[0071] 附圖中：1、寬帶光源，2、禪合器，3、內(nèi)齒圈，4、行星輪，5、太陽(yáng)輪，6、光纖光柵陣列， 7、波長(zhǎng)解調(diào)部分，8、數(shù)據(jù)采集部分，9、計(jì)算機(jī)，10、光纖光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0072] W下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0073] 如圖1所示，本發(fā)明包括組成行星齒輪箱的內(nèi)齒圈3、行星輪4和太陽(yáng)輪5,在行星齒 輪箱中，內(nèi)齒圈3固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪5繞自身中屯、軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪4除自轉(zhuǎn)外還繞太陽(yáng)輪公 轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈3的若干連續(xù)輪齒作為檢測(cè)齒，光纖光柵陣列6粘貼在內(nèi)齒圈3的齒根部位，寬帶 光源1發(fā)出的光通過光纖a、3地禪合器2和光纖C傳輸?shù)焦饫w光柵陣列6,在光纖光柵陣列6發(fā) 生光反射，反射光通過光纖c、3地禪合器2和光纖b進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)部分7,解調(diào)完成之后的電 壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集部分8進(jìn)入計(jì)算機(jī)9內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成齒根應(yīng)變序列構(gòu)建和行星齒 輪箱故障特征提取。
[0074] 光纖光柵陣列部分:為了簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高本發(fā)明的工程應(yīng)用價(jià)值，采用光 纖光柵陣列6作為應(yīng)變傳感器，即在一根光纖上刻寫多段光纖光柵10,各光纖光柵10的結(jié)構(gòu) 參數(shù)不同，當(dāng)寬帶光入射到光纖光柵陣列6中時(shí)，會(huì)在多個(gè)波長(zhǎng)上形成反射光，反射光的波 長(zhǎng)值與光纖光柵的折射率和周期有關(guān)，當(dāng)某個(gè)光纖光柵10發(fā)生軸向變形時(shí)，其對(duì)應(yīng)的反射 波長(zhǎng)值會(huì)在原始位置附近發(fā)生變化，而波長(zhǎng)的偏移量與應(yīng)變量之間為正比關(guān)系，所W通過 檢測(cè)光纖光柵陣列6中各段光纖光柵10反射波長(zhǎng)值的變化，即可得到測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變值，實(shí)現(xiàn) 分布式應(yīng)變測(cè)量。
[0075] 波長(zhǎng)解調(diào)部分:主要包括光電轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、 控制電路模塊W及光學(xué)元器件。該部分的目的是將光纖光柵陣列6的反射波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為 包含有應(yīng)變信息的電壓信號(hào)。
[0076] 數(shù)據(jù)采集部分:通過數(shù)據(jù)采集部分8對(duì)波長(zhǎng)解調(diào)部分7傳輸過來的電壓信號(hào)進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換、采集并向計(jì)算機(jī)9傳輸數(shù)據(jù)。
[0077] 數(shù)據(jù)處理部分:數(shù)據(jù)處理工作在計(jì)算機(jī)9中完成，通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)采集部分8得到 的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示等操作，并完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)、控制指令的下達(dá)、系統(tǒng)工 作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，該部分的主要工作是進(jìn)行齒根應(yīng)變信號(hào)時(shí)間序列構(gòu)建和行星齒輪箱故障特 征提取。
[0078] 本發(fā)明的方法包括W下步驟：
[0079] 步驟一、利用光纖光柵陣列獲取齒根應(yīng)變信號(hào)
[0080] 選定內(nèi)齒圈3的連續(xù)η個(gè)輪齒作為檢測(cè)齒，在運(yùn)η個(gè)檢測(cè)齒的齒根部位粘貼光纖光 柵10。
[0081 ] 1.1、確定檢測(cè)齒的數(shù)量η。設(shè)在行星齒輪箱中，行星輪齒數(shù)、太陽(yáng)輪齒數(shù)、內(nèi)齒圈齒 數(shù)分別為Zp、Zs、Zr ;行星輪數(shù)量為Ν; rem(w，V)表示W(wǎng)與V相除的余數(shù)；i為正整數(shù)。令
其中a、c為整數(shù)，b、d為真分?jǐn)?shù);H = bZp;K = dZs。分W下四種情況討 論：
[0082] (1)若b = 0且d辛0，則η為Zp和K中的最大值；
[OOW] (2)若b辛0且d = 0,則η為Zs和Η中的最大值；
[0084] (3)若b = 0且d = 0，則η為Ζρ和Zs中的最大值；
[0085] (4)若b辛0且d辛0,首先計(jì)算行星輪公轉(zhuǎn)i周時(shí)，行星輪、太陽(yáng)輪上的某一點(diǎn)在各自 的自轉(zhuǎn)方向上相對(duì)于初始位置的角位移曰叫16口（；〇和曰叫163(；〇。其中，若'61]1(13?231?1,2 3?) =0,則anglepQ) = 2π，否則anglep(i) =rem(b · · i ,2π);若rem(d · · i ,2π) = 0， 貝lJangles(i) = 2JT，否則angles(i)=rem(d · · i,23T)。然后計(jì)算Wi周為檢測(cè)周期時(shí)，檢 測(cè)行星輪所有齒和檢測(cè)太陽(yáng)輪所有齒所需要的檢測(cè)齒數(shù)量np(i)和ns(i)。其中，np(i) = anglep(i) · Ζρ/(2π); ns(i)=angles(i) · Zs/(2JT)〇nmax(i)為np(i)和ns(i)中的最大值，設(shè) 當(dāng)i = is時(shí)，nmax(i)最小，卯Jn = nmax(is)。
[0086] 對(duì)于第(4)種情況，舉例說明如下：
[0087] 設(shè)在某一行星齒輪箱中，Zs = 19，Zp = 31，Zr = 81，N = 4。按照上述方法做出np(i)和 ns(i)的曲線如圖2所示。在圖2中，可W看到，當(dāng)1 = 5時(shí)，nmax(i) = 6,為最小值，所W，檢測(cè)齒 數(shù)量n = 6。
[0088] 1.2、安裝光纖光柵陣列。如圖3所示，在每個(gè)檢測(cè)齒的齒根部位粘貼一段光纖光 柵。光纖光柵的長(zhǎng)度Wf小于齒寬Wg，光纖光柵的軸向11與內(nèi)齒圈的軸向12平行。
[0089] 步驟二、構(gòu)建齒根應(yīng)變序列
[0090] 如圖4所示，每次行星輪與所有檢測(cè)齒完成一次曬合時(shí)，光纖光柵陣列會(huì)檢測(cè)到一 組齒根應(yīng)變信號(hào)，該組信號(hào)由η個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)組成，包含有行星輪與檢測(cè)齒直接 曬合的信息和太陽(yáng)輪與檢測(cè)齒間接曬合的信息，稱為一個(gè)齒根應(yīng)變周期。一個(gè)齒根應(yīng)變周 期的持續(xù)時(shí)間為Ti，相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變周期的時(shí)間間隔為Τ2,每個(gè)齒根應(yīng)變周期的起始端標(biāo) 記為STA，距離終止端（向前)時(shí)間間隔為te處標(biāo)記為END, te為相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變信號(hào)重疊部 分的時(shí)間長(zhǎng)度。在W下的構(gòu)建過程中，需要對(duì)齒根應(yīng)變周期進(jìn)行截取，截取信號(hào)的起始端標(biāo) 記為STAJ(與STA重合），距離終止端（向前)時(shí)間間隔為te處標(biāo)記為ENDJ。齒根應(yīng)變周期編號(hào) 為P，選定任一組齒根應(yīng)變周期為構(gòu)建序列的起點(diǎn)，從該起點(diǎn)開始，P值依次為1，2，3……；對(duì) 圖4所示信號(hào)進(jìn)行序列構(gòu)建的目的是得到行星輪上連續(xù)的所有輪齒在與檢測(cè)齒發(fā)生直接曬 合時(shí)或太陽(yáng)輪上連續(xù)的所有輪齒在與檢測(cè)齒發(fā)生間接曬合時(shí)，檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)。具 體將得到w下兩類信號(hào)：
[0091 ] 2.1、反映行星輪與檢測(cè)齒直接曬合的齒根應(yīng)變序列
[0092] 設(shè)所構(gòu)建的序列針對(duì)編號(hào)為j (j = 1，2，3......N)的行星輪，若rem(p，N)辛0，則占· =rem(P，N)，若rem(P，N) = 0，則j = N。按照下述方法，共構(gòu)建N組反映不同行星輪和檢測(cè)齒 直接曬合的齒根應(yīng)變序列。
[0093] (1)對(duì)于步驟1.2中的第(1)種情況
[0094] 若n = Zp，將時(shí)間間隔為NT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[00M]若η = Κ，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zp個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0096] (2)對(duì)于步驟1.2中的第(2)種情況
[0097] 若n = H，將時(shí)間間隔為NT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0098] 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Η個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為ΝΤ2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0099] (3)對(duì)于步驟1.2中的第(3)種情況
[0100] 若η = Ζρ，將時(shí)間間隔為ΝΤ2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0101] 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zp個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0102] (4)對(duì)于步驟1.2中的第(4)種情況
[0103] 若n = np(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0104] 若n = ns(is)，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始np(is)個(gè)檢測(cè)齒的齒根 應(yīng)變信號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平 移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端。
[0105] 2.2、反映太陽(yáng)輪與檢測(cè)齒間接曬合的齒根應(yīng)變序列
[0106] (1)對(duì)于步驟1.2中的第(1)種情況
[0107] 若η = Zp，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始K個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0108] 若η = Κ，將時(shí)間間隔為NT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0109] (2)對(duì)于步驟1.2中的第(2)種情況
[0110] 若n = H，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0111] 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0112] (3)對(duì)于步驟1.2中的第(3)種情況
[0113] 若n = Zp，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)， 然后將時(shí)間間隔為NT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè) 截取信號(hào)的ENDJ端。
[0114] 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的 STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0115] (4)對(duì)于步驟1.2中的第(4)種情況
[0116] 若n = np(is)，首先截取一個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始ns(is)個(gè)檢測(cè)齒的齒根 應(yīng)變信號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的截取信號(hào)進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平 移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端。
[0117] 若n = ns(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的齒根應(yīng)變周期進(jìn)行構(gòu)建，即將后一個(gè)齒根應(yīng)變 周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期的END端。
[0118] 步驟Ξ、基于齒根應(yīng)變序列的行星齒輪箱故障特征的提取
[0119] 按照W上齒根應(yīng)變序列的構(gòu)建方法，構(gòu)建N+1組齒根應(yīng)變序列。在每一組序列中， 將相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變信號(hào)相加，形成N+1組時(shí)域上連續(xù)的齒根應(yīng)變信號(hào)，如圖5所示。設(shè)反映 行星輪j和檢測(cè)齒直接曬合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為fpj(t)，反映太陽(yáng)輪和檢測(cè)齒間接曬 合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為fs(t)，行星齒輪箱的曬合頻率為fm。
[0120] 3.1、行星齒輪箱故障的頻域特征提取
[0121] 一個(gè)行星輪的所有輪齒與內(nèi)齒圈完成一次曬合所需要的時(shí)間為即行星輪的 J m 自轉(zhuǎn)周期為當(dāng)行星輪出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)曬合頻率被故障頻率(即行星輪自轉(zhuǎn)頻率)調(diào) J m 制的現(xiàn)象，所W若在fp^t)的功率譜中，曬合頻率及其諧波附近出現(xiàn)間隔為的邊頻帶，貝U 說明行星輪j出現(xiàn)故障。
[0122] 太陽(yáng)輪的所有輪齒與內(nèi)齒圈完成一次間接曬合所需要的時(shí)間為-f-t--，即太陽(yáng)輪相對(duì) J m 于行星架的旋轉(zhuǎn)周期為^-，當(dāng)太陽(yáng)輪出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)曬合頻率被故障頻率（即太陽(yáng)輪 相對(duì)于行星架的旋轉(zhuǎn)頻率)調(diào)制的現(xiàn)象，所W若在fs(t)的功率譜中，曬合頻率及其諧波附 近出現(xiàn)間隔為的邊頻帶，則說明太陽(yáng)輪出現(xiàn)故障。
[0123] 3.2、行星齒輪箱故障的時(shí)域特征提取
[0124] 如圖6所示，取fpj(t)區(qū)間
；k為自然數(shù)）內(nèi)的信號(hào)fpj化，t)， fpj化，t)表示在行星輪j所有輪齒與檢測(cè)齒完成一次曬合的過程中，檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變連續(xù) 時(shí)域信號(hào)，區(qū)間
乏度為行星輪j的一個(gè)自轉(zhuǎn)周期，不同的k值代表行 星輪j的不同自轉(zhuǎn)周期。設(shè)gpj化，t)=fpj(0，t)-fpj化，t)，gpj化，t)表示在行星輪j不同自轉(zhuǎn) 周期下，檢測(cè)齒齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)的差異。當(dāng)gp^k，t)=0時(shí)，說明行星輪j在不同自轉(zhuǎn) 周期下，檢測(cè)齒齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)沒有差異，則行星輪j沒有出現(xiàn)故障，若行星輪j發(fā)生 故障，則gp^k，t化某一區(qū)間內(nèi)的能量水平巧效值)便會(huì)偏高。區(qū)間在gpj化， t)中的位置反映故障在行星輪j上出現(xiàn)的位置，區(qū)間的長(zhǎng)度反映行星輪j故障的范 圍，區(qū)間內(nèi)gpj化，t)的形式反映行星輪j故障的類型，區(qū)間內(nèi)gpj化，t)有效值 的大小反映行星輪j故障的劇烈程度。
[0125] 如圖6所示，取fs(t)區(qū)間
4的信號(hào)fs化，t)，fs化，t)表示在 太陽(yáng)輪所有輪齒與檢測(cè)齒完成一次間接曬合的過程中，檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)， 區(qū)間
幻竟為太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期，不同的k值代表 太陽(yáng)輪的不同相對(duì)旋轉(zhuǎn)周期。設(shè)gs化，t)=fs(0，t)-fs化，t)，gs化，t)表示在太陽(yáng)輪不同相 對(duì)旋轉(zhuǎn)周期下，檢測(cè)齒齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)的差異。當(dāng)gs化，t)=0時(shí)，說明太陽(yáng)輪在不同 相對(duì)旋轉(zhuǎn)周期下，檢測(cè)齒齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)沒有差異，則太陽(yáng)輪沒有出現(xiàn)故障，若太陽(yáng) 輪發(fā)生故障，則gs化，t)在某一區(qū)間內(nèi)的能量水平巧效值)便會(huì)偏高。區(qū)間在 gs化，t)中的位置反映故障在太陽(yáng)輪上出現(xiàn)的位置，區(qū)間的長(zhǎng)度反映太陽(yáng)輪故障的 范圍，區(qū)間內(nèi)gs化，t)的形式反映太陽(yáng)輪故障的類型，區(qū)間內(nèi)gs化，t)有效值 的大小反映太陽(yáng)輪故障的劇烈程度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括組成行星齒輪箱的內(nèi)齒圈（3)、行 星輪(4)和太陽(yáng)輪(5)，其中內(nèi)齒圈（3)固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪(5)繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪 (4)除自轉(zhuǎn)外還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn);所述內(nèi)齒圈（3)的若干連續(xù)輪齒作為檢測(cè)齒，檢測(cè)齒的齒根 部位粘貼有光纖光柵陣列(6)，寬帶光源（1)發(fā)出的光通過光纖a、耦合器(2)和光纖c傳輸?shù)?光纖光柵陣列（6)，在光纖光柵陣列(6)發(fā)生光反射，反射光通過光纖c、耦合器(2)和光纖b 進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)部分(7)，解調(diào)完成之后的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集部分(8)進(jìn)入計(jì)算機(jī)(9)進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)(9)用于完成齒根應(yīng)變序列構(gòu)建和行星齒輪箱故障特征提取。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵陣 列(6)為在一根光纖上刻寫多段光纖光柵(10)，光纖光柵(10)的數(shù)量與檢測(cè)齒的數(shù)量相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵 (10)的長(zhǎng)度小于檢測(cè)齒的齒寬，光纖光柵(10)的軸向（11)與內(nèi)齒圈的軸向（12)平行。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述波長(zhǎng)解調(diào)部 分(7)用于將光纖光柵陣列(6)的反射波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為包含有應(yīng)變信息的電壓信號(hào)，包括光 電轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、控制電路模塊以及光學(xué)元器件。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱故障信息獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合器(2) 采用3dB耦合器。6. 行星齒輪箱故障信息獲取方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、選定內(nèi)齒圈的連續(xù)η個(gè)輪齒作為檢測(cè)齒，并在檢測(cè)齒的齒根部位粘貼光纖光柵 陣列，獲取檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)； 步驟二、對(duì)步驟一中獲取的齒根應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行序列構(gòu)建； 步驟三、對(duì)步驟二構(gòu)建出的齒根應(yīng)變序列進(jìn)行行星齒輪箱故障特征提取： 在每一組齒根應(yīng)變序列中，將相鄰兩個(gè)輪齒的齒根應(yīng)變信號(hào)相加，形成Ν+1組時(shí)域上連 續(xù)的齒根應(yīng)變信號(hào)，設(shè)反映行星輪j和檢測(cè)齒直接嚙合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為fw(t)， 反映太陽(yáng)輪和檢測(cè)齒間接嚙合的齒根應(yīng)變連續(xù)時(shí)域信號(hào)為f s(t)，行星齒輪箱的嚙合頻率 為匕，行星輪齒數(shù)、太陽(yáng)輪齒數(shù)、內(nèi)齒圈齒數(shù)分別為4、1、2^行星輪數(shù)量為13.1提取行星齒輪箱故障的頻域特征 若在f"(t)的功率譜中，嚙合頻率及其諧波附近出現(xiàn)間隔為的邊頻帶，則說明行星 輪j出現(xiàn)故障；若在fs(t)的功率譜中，嚙合頻率及其諧波附近出現(xiàn)間隔為的邊頻帶，則說明太陽(yáng)輪 出現(xiàn)故障； 3.2提取行星齒輪箱故障的時(shí)域特征(k為自然數(shù)）內(nèi)的信號(hào)fPJ(k，t)，設(shè)g PJ(k，t)=fPJ (0,〇4"(1^);若行星輪」發(fā)生故障，則如(1^)在某一區(qū)間仏山）內(nèi)的能量水平(有效 值)便會(huì)偏高，區(qū)間在g"(k，t)中的位置反映故障在行星輪j上出現(xiàn)的位置， 區(qū)間的長(zhǎng)度反映行星輪j故障的范圍，（ti，t2)區(qū)間內(nèi)gw(k，t)的形式反映行星輪j故障的類 型，區(qū)間內(nèi)gw(k，t)有效值的大小反映行星輪j故障的劇烈程度；內(nèi)的信號(hào)fs(k，t)，Sgs(k，t)=f s(0，t)-fs(k，t); 若太陽(yáng)輪發(fā)生故障，則gs(k，t)在某一區(qū)間內(nèi)的能量水平(有效值)便會(huì)偏高，⑴山） 區(qū)間在gs(k，t)中的位置反映故障在太陽(yáng)輪上出現(xiàn)的位置，區(qū)間的長(zhǎng)度反映太陽(yáng)輪 故障的范圍，（tl，t2)區(qū)間內(nèi)g s(k，t)的形式反映太陽(yáng)輪故障的類型，（tl，t2)區(qū)間內(nèi)gs(k，t) 有效值的大小反映太陽(yáng)輪故障的劇烈程度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的行星齒輪箱故障信息獲取方法，其特征在于，步驟一具體包括 以下步驟： 1.1、 確定內(nèi)齒圈上所需連續(xù)檢測(cè)齒的數(shù)量η:設(shè)在行星齒輪箱中，行星輪齒數(shù)、太陽(yáng)輪 齒數(shù)、內(nèi)齒圈齒數(shù)分別為2[)、2 3、2：^行星輪數(shù)量為1^111(￥，￥)表示￥與￥相除的余數(shù);1為正整 數(shù)'其中a、c為整數(shù)，b、d為真分?jǐn)?shù)；H = bZp;K = dZs;(若rem(b · 2π · i，2JT)=〇,則anglep(i)=2JT;若rem(b · 2π · i，2iT)關(guān)〇， 貝 lJanglep(i)=rem(b.23T.i，23〇);-.(若Γθηι((1·2：π·；?，2：π)=〇，]3!| angles( i) = 2π;若rem(d · 2π · i，2π)關(guān)〇，則angles( i) = rem(d · 2π · i，2π)); 分以下四種情況討論： (1) 當(dāng)b = 0且d矣0時(shí)，則η為ZjPK中的最大值； (2) 當(dāng)b矣0且d = 0時(shí)，則η為Zs和Η中的最大值； (3) 當(dāng)b = 0且d = 0時(shí)，則η為ZjPZs中的最大值； (4) 當(dāng)b矣0且d矣0時(shí)，設(shè)nmax(i)為nP(i)和ns(i)中的最大值，當(dāng)i = is時(shí)，nmax(i)最小，貝丨J Π - Ilmax (is)； 1.2、 安裝光纖光柵陣列 選擇在一根光纖上刻寫有η段光柵的光纖光柵陣列，在每個(gè)檢測(cè)齒的齒根部位粘貼一 段光纖光柵。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的行星齒輪箱故障信息獲取方法，其特征在于，所述步驟二具體 包括以下步驟： 每次行星輪與所有檢測(cè)齒完成一次嚙合時(shí)，光纖光柵陣列檢測(cè)到一組齒根應(yīng)變信號(hào)， 稱為一個(gè)齒根應(yīng)變周期;一個(gè)齒根應(yīng)變周期的持續(xù)時(shí)間為h，相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變周期的時(shí) 間間隔為T2,每個(gè)齒根應(yīng)變周期的起始端標(biāo)記為STA，距離終止端（向前)時(shí)間間隔為t e處標(biāo) 記為END，te為相鄰兩個(gè)齒根應(yīng)變信號(hào)重疊部分的時(shí)間長(zhǎng)度，在以下的構(gòu)建過程中，需要對(duì) 齒根應(yīng)變周期進(jìn)行截取，截取信號(hào)的起始端標(biāo)記為STAJ(與STA重合），距離終止端（向前)時(shí) 間間隔為t e處標(biāo)記為ENDJ，齒根應(yīng)變周期編號(hào)為p，選定任一組齒根應(yīng)變周期為構(gòu)建序列的 起點(diǎn)，從該起點(diǎn)開始，P值依次為1，2，3……； 2.1，構(gòu)建反映行星輪與檢測(cè)齒直接嚙合的齒根應(yīng)變序列 設(shè)所構(gòu)建的序列針對(duì)編號(hào)為j (j = 1，2，3......N)的行星輪，若rem(p，N)矣0，貝lj j = rem (p，N)，若rem(p，N) = 0，則j = N，按照下述方法，共構(gòu)建N組反映不同行星輪和檢測(cè)齒直接嗤 合的齒根應(yīng)變序列； (1) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(1)種情況 若n = ZP，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； 若n = K，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始ZP個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然后 將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； (2) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(2)種情況 若n = H，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Η個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然后 將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； (3) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(3)種情況 若η = ΖΡ，將時(shí)間間隔為ΝΤ2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； 若n = Zs，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始ZP個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然 后將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； (4) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(4)種情況 若n = nP(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng) 變周期的END端； 若n = ns(is)，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始nP(i s)個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信 號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； 2.2，構(gòu)建反映太陽(yáng)輪與檢測(cè)齒間接嚙合的齒根應(yīng)變序列 (1) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(1)種情況 若n = ZP，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始K個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然后 將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； 若n = K，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； (2) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(2)種情況 若n = H，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然后 將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； (3) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(3)種情況 若n = ZP，首先截取每個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始Zs個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信號(hào)，然后 將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； 若n = Zs，將時(shí)間間隔為NT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng)變周期 的END端； (4) 對(duì)于齒根應(yīng)變信號(hào)獲取方法第一步中的第(4)種情況 若n = nP(is)，首先截取一個(gè)齒根應(yīng)變周期中從STA端開始ns(i s)個(gè)檢測(cè)齒的齒根應(yīng)變信 號(hào)，然后將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)截取信號(hào)的STAJ端平移至前一個(gè)截取信號(hào)的ENDJ端； 若n = ns(is)，將時(shí)間間隔為isNT2的后一個(gè)齒根應(yīng)變周期的STA端平移至前一個(gè)齒根應(yīng) 變周期的END端。
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK105823632SQ201610019138
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日
【發(fā)明人】張小棟, 牛杭, 趙欣丹, 郭琦
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)