计入传动轴柔性的齿轮故障系统建模及VMD-Lempel-Ziv损伤评估

作     者：申勇 章翔峰 姜宏 周建星 王成龙 乔帅 马铜伟 SHEN Yong;ZHANG Xiangfeng;JIANG Hong;ZHOU Jianxing;WANG Chenglong;QIAO Shuai;MA Tongwei

作者机构：新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2021年第55卷第3期

页      面：126-135页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51865054,51765061) 新疆维吾尔自治区研究生科研创新资助项目(XJ2020G053)。 

主　　题：齿轮故障 损伤程度 时变啮合刚度 变分模态分解 Lempel-Ziv复杂度 

摘      要：为有效评估齿轮传动系统损伤程度及检测其生命周期异样,综合考虑传动轴柔性及轴承支撑刚度对传动系统响应的影响,建立了计入传动轴柔性的二级齿轮传动系统损伤动力学模型。建模时,结合有限元法引入了不同损伤程度下的齿轮时变啮合刚度,采用Newmark积分法求解了不同状态下的轴承振动响应,并采用Lempel-Ziv复杂度以评价齿轮运行状态。在试验方面,针对采集信号信噪比不理想等问题,提出了一种变分模态分解(VMD)与Lempel-Ziv复杂度结合的齿轮损伤程度评价算法。仿真及试验结果表明:齿轮故障致使振动信号时频域产生转频调制,且随着损伤程度的增加,调制现象越明显,周期性冲击愈显著;Lempel-Ziv复杂度在齿轮整个生命周期呈现先增后减的趋势,在早期故障时,Lempel-Ziv复杂度最为敏感;采用VMD-Lempel-Ziv算法可在噪声环境中对系统进行有效的劣化分析。研究结果验证了采用Lempel-Ziv复杂度指标衡量齿轮损伤程度的可行性与有效性,可为齿轮箱状态检测提供理论依据。