一种直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法技术

技术编号:38907908 阅读:45 留言:0更新日期:2023-09-25 09:26
本发明专利技术公开了一种直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法,包括:建立时变啮合刚度计算模型,计算直升机故障行星齿轮箱中行星轮与太阳轮之间、行星轮与内齿圈之间的啮合刚度;建立直升机故障行星齿轮箱中行星轮系的动力学模型,得到行星轮与太阳轮之间、行星轮与内齿圈之间的啮合力;建立直升机故障行星齿轮箱中壳体的有限元模型,基于有限元模型与动力学模型得到联合模型,得到直升机故障行星齿轮箱上测点的加速度响应信号。本发明专利技术应用于故障诊断领域,通过采用行星轮系动力学建模和箱体有限元技术相结合的联合模型,能够对行星轮系正常及太阳轮裂纹故障两类工况进行仿真,对于行星齿轮箱典型故障响应信号仿真具有良好的正确性和有效性。确性和有效性。确性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法


[0001]本专利技术涉及故障诊断
,具体是一种直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法。

技术介绍

[0002]直升机是一种依靠旋翼提供升力的航空飞行器,其特殊的结构原理使得直升机具备原地起飞、垂直升降、空中悬停、可进可退等机动灵活特点。因此,近年来直升机在全世界范围内得到了广泛的应用,例如航空测绘、紧急救护、观光旅游等军民两用领域。
[0003]随着直升机在各领域应用的推广,全系统的可靠性、故障诊断和预测以及维修保障等问题将越来越受到人们的重视。直升机的传动系统作为连接发动机到旋翼系统的唯一且无冗余备份的载荷通道,是直接关系到直升机机动性能甚至决定飞行安全的攸关部件。此外,由于直升机特殊的应用场景,传动系统需要满足大功率、小体积箱体封闭的要求,高温强磁的工作环境加上难以避免的制造误差、疲劳效应等因素,传动系统的故障无法完全避免。行星轮系由于具有体积小,传动比大,传动平稳等特点被广泛应用于直升机传动系统主减速器的结构设计中,行星轮系通常作为主减输出端与主旋翼直接相连。因此,行星轮系的健康状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,建立裂纹位于齿廓时的时变啮合刚度计算模型,并基于所述时变啮合刚度计算模型计算直升机故障行星齿轮箱中行星轮与太阳轮之间、行星轮与内齿圈之间的时变啮合刚度;步骤2,建立直升机故障行星齿轮箱中行星轮系的动力学模型,并基于所述动力学模型以及步骤1中的时变啮合刚度得到行星轮与太阳轮之间、行星轮与内齿圈之间的啮合力;步骤3,建立直升机故障行星齿轮箱中壳体的有限元模型,基于所述有限元模型与所述动力学模型得到联合模型,并基于所述联合模型与步骤2中的啮合力计算得到直升机故障行星齿轮箱上测点的加速度响应信号。2.根据权利要求1所述的直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法,其特征在于,步骤1中,所述时变啮合刚度计算模型为:式中,k
e,crack
为齿廓裂纹齿轮综合啮合刚度,k
h
为轮齿副的赫兹接触刚度,k
b1,crack
、k
a1
、k
s1,crack
为轮齿副中齿轮1的弯曲刚度、轴向压缩刚度、剪切刚度,k
b2
、k
a2
、k
s2
分别为轮齿副中齿轮2的弯曲刚度、轴向压缩刚度、剪切刚度,k
f1
、k
f2
分别为轮齿副中齿轮1、齿轮2的轮体刚度;齿轮2为正常齿轮,齿轮1存在齿廓裂纹故障;齿轮1的弯曲刚度为:齿轮1的剪切刚度为:其中,d为齿高,dx为齿高方向的积分,α1为作用力与齿厚方向的夹角,E为杨氏模量,G为剪切模量,A
x
为x处的承载截面积,I
x
为x处的惯性矩。3.根据权利要求2所述的直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法,其特征在于,根据齿廓裂纹的扩展程度,将齿轮1的弯曲刚度k
b1,crack
与剪切刚度k
s1,crack
分为三种情况,分别为:情况一:h
c
>h
a
且α1>α
c
;此时齿轮1在x处的承载截面积与惯性矩分别为:此时齿轮1在x处的承载截面积与惯性矩分别为:情况二:h
c
<h
a
且α1>α
cs
;或h
c
>h
a
且α
cs
<α1<α
c

此时齿轮1在x处的承载截面积与惯性矩分别为:此时齿轮1在x处的承载截面积与惯性矩分别为:情况三:α1<α
cs
;此时齿轮1在x处的承载截面积与惯性矩分别为:A
x
=2h
x
L其中,h
c
为裂纹端点G至齿轮中轴线的垂直距离,h
a
为齿顶圆处齿廓至中轴线的距离,α
c
为裂纹末端沿中轴线与齿廓交点向基圆作切线所对应的压力角,h
x
为x处齿廓至中轴线的距离,L为轮齿宽,d
cs
为裂纹起始点至齿根的距离,q1为裂纹长度,γ为裂纹方向角,d
c
为裂纹末端沿中轴线与齿廓的交点到齿根的高度,α
cs
裂纹初始点向基圆作切线对应的压力角。4.根据权利要求3所述的直升机故障行星齿轮箱振动信号仿真方法,其特征在于,在所述情况一中,根据h
x
、A
x
和I
x
的分段情况将齿轮1的弯曲刚度、剪切刚度的积分区间分成四个部分,分别为:部分1:积分区间为[0,d1],此时h
x
、A
x
和I
x
分别为:A
x
=2h
x
L部分2:积分区间为[d1,d
cs

q1cosγ],此时h
x
、A
x
和I
x
分别为:h
x
=R
b
[(α2‑
α)cosα+...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡茑庆胡蛟程哲杨翼陈凌周洋
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1