CN112182803B - 一种动力学模型的激励标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮的激励标定技术领域，公开一种动力学模型的激励标定方法，包括以下步骤：建立齿轮箱传递误差实验台架，检测齿轮箱的测试齿轮传递误差；建立齿轮箱应力实验台架，检测齿轮箱的测试齿面均载；建立动力学模型，计算模型齿轮箱的模型齿轮传递误差；判断测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值是否位于第一预设范围内；若是，根据动力学模型计算模型齿轮箱的模型齿面均载；判断测试齿面均载和模型齿面均载的差值与测试齿面均载的比值是否位于第二预设范围；若是，则动力学模型合理。本发明公开的动力学模型的激励标定方法可有效修正齿轮箱的激励偏差，使得动力学模型的精确度更高、适用范围更广。

Description

一种动力学模型的激励标定方法

技术领域

本发明涉及齿轮的激励标定技术领域，尤其涉及一种动力学模型的激励标定方法。

背景技术

随着大兆瓦、轻量化趋势，齿轮箱功率密度提升，振动问题也会逐步显著。为了能够从源头和设计初期控制、优化齿轮箱振动噪音，就需要可信度高的计算分析手段。现有的常用的分析手段为动力学模型，动力学模型不但能够模拟风机传动链的运行工况，还能够诊断与解释振动、噪音问题等，但动力学模型的准确性受输入参数、经验和试验等方面影响较大，因此，动力学模型的标定十分重要。

动力学模型的标定主要分为两个方面，一是模态标定，二是激励标定。对于激励标定，目前应用最多的方法为通过主观判定动力学模型计算出的齿面均载与其他齿轮软件(例如，传动系统设计分析优化大型软件)进行主观对比以判定两者是否接近，或者通过动力学模型计算出的齿轮传递误差与理想位置偏差量进行主观对比以判定两者是否接近，现有技术通常使用单一参数进行对比，标定方法不够严谨，且评定较为主观，不能完整的实现动力学模型的激励标定，使得动力学模型的精确性较差。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种动力学模型的激励标定方法，增加了动力学模型的适用性，提高了动力学模型的精确性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动力学模型的激励标定方法，包括以下步骤：

建立齿轮箱传递误差实验台架，检测齿轮箱在第一运行工况下的测试齿轮传递误差；

建立齿轮箱应力实验台架，检测所述齿轮箱在第二运行工况下的测试齿面均载；

根据多体系统动力学分析软件建立动力学模型，计算模型齿轮箱在所述第一运行工况下的模型齿轮传递误差；

判断所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差的差值是否位于第一预设范围内；

若是，根据所述动力学模型计算所述模型齿轮箱在所述第二运行工况下的模型齿面均载；

判断所述测试齿面均载和所述模型齿面均载的差值占所述测试齿面均载的百分比是否位于第二预设范围；

若是，则所述动力学模型合理。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述第一预设范围为-0.5μm至0.5μm。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述第二预设范围为-15％至15％。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，若所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之外，则改变所述动力学模型的模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的至少一个的大小。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，若所述测试齿面均载和所述模型齿面均载的差值占所述测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之外，则改变所述模型齿轮啮合错位量、所述模型齿向起鼓量及所述模型齿顶修形量中的至少一个的大小。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述模型齿轮啮合错位量与所述齿轮箱的标准齿轮啮合错位量的比值位于0.9至1.1之间，所述模型齿向起鼓量与所述齿轮箱的标准齿向起鼓量的比值位于0.9至1.1之间。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述模型齿顶修形量与所述齿轮箱的标准齿顶修形量的比值位于0.9至1.1之间。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述测试齿面均载为所述齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值，所述模型齿面均载为所述模型齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差为角度传递误差、转速传递误差或者距离传递误差。

作为一种动力学模型的激励标定方法的优选方案，所述测试齿轮传递误差的阶次和所述模型齿轮传递误差的阶次均不大于三。

本发明的有益效果为：本发明公开的动力学模型的激励标定方法通过动力学模型计算的模型齿轮传递误差与齿轮箱传递误差实验台架测得的测试齿轮传递误差进行对比，当两者的差值位于第一预设范围内时，继续判断动力学模型计算的模型齿面均载与齿轮箱应力实验台架检测的测试齿面均载进行对比，当两者的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围内，则判定动力学模型较为合理，这种激励标定方法可有效修正齿轮箱的激励偏差，使得动力学模型的精确度更高、适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的动力学模型的激励标定方法的流程图；

图2是本发明具体实施例提供的齿轮箱的平行级齿轮组的测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差分别在一阶次、两阶次和三阶次的柱状图；

图3是本发明具体实施例提供的齿轮箱的平行级齿轮组分别采用动力学模型和齿轮箱应力试验台架时第一齿轮对第二齿轮的作用力沿第二齿轮的齿宽方向的分布。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种动力学模型的激励标定方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、建立齿轮箱传递误差实验台架，检测齿轮箱在第一运行工况下的测试齿轮传递误差；

S2、建立齿轮箱应力实验台架，检测齿轮箱在第二运行工况下的测试齿面均载；

S3、根据多体系统动力学分析软件建立动力学模型，计算模型齿轮箱在第一运行工况下的模型齿轮传递误差；

S4、判断测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值是否位于第一预设范围内；

S5、若是，根据动力学模型计算模型齿轮箱在第二运行工况下的模型齿面均载；

S6、判断测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比是否位于第二预设范围；

S7、若是，则动力学模型合理。

需要说明的是，本实施例的模型齿轮箱与齿轮箱的结构和尺寸完全相同。在其他实施例中，S1可以是在S3和S2之间实施，S1还可以是在S3和S4之间实施，具体根据实际需要选定。同样的，在其他实施例中，S2可以是在S1之前实施，S2还可以是在S3与S4之间、或者S4与S5之间、或者S5与S6之间实施，具体根据实际需要选定。

本实施例提供的动力学模型的激励标定方法通过动力学模型计算的模型齿轮传递误差与齿轮箱传递误差实验台架测得的测试齿轮传递误差进行对比，当两者的差值位于第一预设范围内时，继续判断动力学模型计算的模型齿面均载与齿轮箱应力实验台架检测的测试齿面均载进行对比，当两者的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围内，则判定动力学模型较为合理，这种激励标定方法可有效修正齿轮箱的激励偏差，使得动力学模型的精确度更高、适用范围更广，提高了用户使用满意度。

本实施例的模型齿轮传递误差和测试齿轮传递误差属于动载范畴标定，模型齿面均载和测试齿面均载属于静态范畴的标定，这种标定能够较为准确地保证动力学模型在动态工况和静态工况下均具有较高的计算精度，使其更加贴近齿轮箱的实际运行工况，保证模拟的精确性。

本实施例的第一预设范围为-0.5μm至0.5μm，第二预设范围为-15％至15％。当模型齿轮传递误差与测试齿轮传递误差的差值位于-0.5μm至0.5μm之间，模型齿面均载与测试齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于-15％至15％之间时，此时的动力学模型对齿轮箱的模拟仿真与实际运行状况较为接近，即此时的动力学模型对齿轮箱的计算较为精准，采用该动力学模型模拟齿轮箱的准确度较高，具有较高的工程参考价值。

若测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之外，则改变动力学模型的模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的至少一个的大小。若测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之外，则改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的至少一个的大小。

进一步地，本实施例的模型齿轮啮合错位量与齿轮箱的标准齿轮啮合错位量的比值位于0.9至1.1之间，模型齿向起鼓量与齿轮箱的标准齿向起鼓量的比值位于0.9至1.1之间，模型齿顶修形量与齿轮箱的标准齿顶修形量的比值位于0.9至1.1之间。需要说明的是，对于特定的齿轮箱，其标准齿轮啮合错位量、标准齿向起鼓量及标准齿顶修形量均为定值，调整时需要保证模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量在上述限定范围内。

具体地，当测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之外时，首先改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的一个的大小，若是仅改变一个参数的大小无法满足测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之内，则改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的两个的大小，若是改变两个参数的大小仍无法满足测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之内，则同时改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的三个的大小，直至测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之内，且保证模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量在上述限定范围内。

同样地，当测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之外时，首先改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的一个的大小，若是仅改变一个参数的大小无法满足测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之内，则改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的两个的大小，若是改变两个参数的大小仍无法满足测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之内，则同时改变模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的三个的大小，直至测试齿面均载和模型齿面均载的差值占测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之内，且测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之内，此时要保证模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量在上述限定范围内。

本实施例的动力学模型为采用齿轮切片方法建立的齿轮啮合多片模型，该齿轮切片法为Weber/Banaschek方法，这种齿轮切片方法属于现有技术，此处仅对齿轮切片方法进行简单的介绍。

具体地，本实施例的齿轮箱包括两级行星级齿轮组和一级平行级齿轮组，其中平行级齿轮组包括啮合的第一齿轮和第二齿轮，以第一齿轮为例采用齿轮啮合多片模型进行建模时，具体步骤大致如下：

首先将第一齿轮分成若干个齿片单元，每个齿片单元的宽度均较窄；

接着将每一个齿片单元进行解析建模，包括力学模型简化、受力及边界力的施加，同时考虑赫兹接触方法；

最后将每个齿片单元求解后组合到一起，同时可考虑每个齿片单元的结构和受力的不同，从而计算出模型齿轮均载和模型传递误差。

本实施例的测试齿轮传递误差的阶次和模型齿轮传递误差的阶次均不大于三，这种限定在保证动力学模型具有较高的准确性的前提下能够简化动力学模型的计算步骤，缩短计算时长。当然，在其他实施例中，测试齿轮传递误差的阶次和模型齿轮传递误差的阶次还可以大于三，此时动力学模型的计算时间较长，但是计算结果与本实施例的计算结果基本相同，即阶次的增加对计算结果的影响不大。

具体地，由图2可知，测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差在一阶次、二阶次及三阶次时的值均小于0.18μm，即阶次对测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差的影响不大，计算时为了减少计算步骤可以采用低阶次进行计算。

具体地，本实施例的测试齿面均载为齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值。本实施例的模型齿面均载为模型齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值。测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差为距离传递误差，当齿轮箱的第一齿轮和第二齿轮啮合时，距离传递误差为第一齿轮和第二齿轮啮合在啮合线上的距离的差值。在其他实施例中，测试齿轮传递误差和模型齿轮传递误差还可以为角度传递误差或者转速传递误差，角度传递误差为第一齿轮的第一转轴和第二齿轮的第二转轴在单位时间内转过的角度的差值，转速传递误差为第一转轴的第一角速度和第二转轴的第二角速度的差值。

具体地，第一齿轮的第一啮合齿和第二齿轮的第二啮合齿啮合时，第二啮合齿对第一啮合齿受的作用力与第一啮合齿对第二啮合齿受的作用力相同。由图3可知，第二啮合齿沿齿宽方向在中部受到的作用力最大，沿齿宽方向在两端的受力最小。根据图3可以分别计算出测试齿面均载和模型齿面均载，具体地，测试齿面均载为1.14，模型齿面均载为1.18，两者的差值占测试齿面均载的百分比为3.5％，位于15％以内，即表明该动力学模型较为合理，不但可以采用该动力学模型模拟该齿轮箱在其他工况下的实际运行状况，还可以应用该动力学模型模拟其他齿轮箱的实际运行状况。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种动力学模型的激励标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立齿轮箱传递误差实验台架，检测齿轮箱在第一运行工况下的测试齿轮传递误差；

建立齿轮箱应力实验台架，检测所述齿轮箱在第二运行工况下的测试齿面均载；

根据多体系统动力学分析软件建立动力学模型，计算模型齿轮箱在所述第一运行工况下的模型齿轮传递误差；

判断所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差的差值是否位于第一预设范围内；

若是，根据所述动力学模型计算所述模型齿轮箱在所述第二运行工况下的模型齿面均载；

判断所述测试齿面均载和所述模型齿面均载的差值占所述测试齿面均载的百分比是否位于第二预设范围；

若是，则所述动力学模型合理；

所述第一预设范围为-0.5μm至0.5μm；

所述第二预设范围为-15％至15％；

所述测试齿面均载为所述齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值，所述模型齿面均载为所述模型齿轮箱在齿宽方向上的最大载荷与平均载荷的比值；

所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差为角度传递误差、转速传递误差或者距离传递误差。

2.根据权利要求1所述的动力学模型的激励标定方法，其特征在于，若所述测试齿轮传递误差和所述模型齿轮传递误差的差值位于第一预设范围之外，则改变所述动力学模型的模型齿轮啮合错位量、模型齿向起鼓量及模型齿顶修形量中的至少一个的大小。

3.根据权利要求2所述的动力学模型的激励标定方法，其特征在于，若所述测试齿面均载和所述模型齿面均载的差值占所述测试齿面均载的百分比位于第二预设范围之外，则改变所述模型齿轮啮合错位量、所述模型齿向起鼓量及所述模型齿顶修形量中的至少一个的大小。

4.根据权利要求3所述的动力学模型的激励标定方法，其特征在于，所述模型齿轮啮合错位量与所述齿轮箱的标准齿轮啮合错位量的比值位于0.9至1.1之间，所述模型齿向起鼓量与所述齿轮箱的标准齿向起鼓量的比值位于0.9至1.1之间。

5.根据权利要求3所述的动力学模型的激励标定方法，其特征在于，所述模型齿顶修形量与所述齿轮箱的标准齿顶修形量的比值位于0.9至1.1之间。

6.根据权利要求1所述的动力学模型的激励标定方法，其特征在于，所述测试齿轮传递误差的阶次和所述模型齿轮传递误差的阶次均不大于三。