留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

融合虚拟仿真与局部线性嵌入算法的变速箱振动测点优化研究

江鹏程 杨大为 冯辅周 赵永东

江鹏程, 杨大为, 冯辅周, 赵永东. 融合虚拟仿真与局部线性嵌入算法的变速箱振动测点优化研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(3): 461-467. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190146
引用本文: 江鹏程, 杨大为, 冯辅周, 赵永东. 融合虚拟仿真与局部线性嵌入算法的变速箱振动测点优化研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(3): 461-467. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190146
Jiang Pengcheng, Yang Dawei, Feng Fuzhou, Zhao Yongdong. Optimization of Vibration Measuring Points of Gearbox using Virtual Simulation and Locally Linear Embedding Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(3): 461-467. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190146
Citation: Jiang Pengcheng, Yang Dawei, Feng Fuzhou, Zhao Yongdong. Optimization of Vibration Measuring Points of Gearbox using Virtual Simulation and Locally Linear Embedding Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(3): 461-467. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190146

融合虚拟仿真与局部线性嵌入算法的变速箱振动测点优化研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190146
详细信息
    作者简介:

    江鹏程(1979-), 副教授, 研究方向为装甲车辆测控与故障诊断技术, gu_peng88@163.com

  • 中图分类号: TP391.9;TH13

Optimization of Vibration Measuring Points of Gearbox using Virtual Simulation and Locally Linear Embedding Algorithm

  • 摘要: 为克服某型行星变速箱故障试验测点选择依赖经验导致有效信息遗失或信息冗余的弊端,论文提出了一种融合虚拟仿真技术与局部线性嵌入算法的振动测点优化方法。在ADAMS软件中建立行星变速箱齿轮-箱体刚柔耦合动力学模型,对不同齿轮状态下箱体表面振动信号进行了仿真;在箱体表面初选传感器测点的基础上,仿真分析了各测点振动信号的各项特征参数;采用局部线性嵌入算法对测点特征参数所构成的高维特征矩阵进行降维,获得了不同齿轮状态下的测点敏感度排序,最后采用加权计算方法得到了振动测点重要度综合排序。结果表明,变速箱各行星排正上方箱体表面和左侧轴承正上方竖直方向测点对太阳轮断齿、行星轮断齿和正常工况区分均具有较高敏感度,可重点采集分析这些测点振动信号来反映齿轮状态,为后续实测试验打下了基础。
  • 图  1  某型行星变速箱结构示意图

    图  2  齿轮-箱体刚柔耦合模型

    图  3  K3行星排Z30太阳轮齿轮故障设置

    图  4  传感器测点位置

    图  5  Z30太阳轮断齿时不同测点加速度信号

    图  6  Z30太阳轮断齿时测点低维矢量分布图

    图  7  正常工况时测点低维矢量分布图

    图  8  Z15行星轮断齿时测点低维矢量分布图

    表  1  传感器测点说明

    测点序号 安装位置 测试方向
    1 箱体右侧联轴器上 变速箱轴向
    2 箱体右侧定轴轮系上方 竖直于变速箱轴向
    3 箱体上方正对K1行星排 竖直于变速箱轴向
    4 箱体上方正对K2行星排 竖直于变速箱轴向
    5 箱体上方正对K3行星排 竖直于变速箱轴向
    6 箱体左侧联轴器上 竖直于变速箱轴向
    7 箱体左侧端盖上 变速箱轴向
    8 箱体底部正对K1行星排 竖直于变速箱轴向
    9 箱体底部正对K2行星排 竖直于变速箱轴向
    10 箱体底部正对K3行星排 竖直于变速箱轴向
    下载: 导出CSV

    表  2  Z30太阳轮断齿时各测点特征向量

    测点
    序号
    峰峰值/
    (m·s-2)
    均方根值/
    (m·s-2)
    幅值平均值/
    (m·s-2)
    峭度
    指标
    波形
    指标
    峰值
    指标
    脉冲
    指标
    裕度
    指标
    样本熵
    1 598.26 66.15 76.21 7.48 1.37 9.03 10.99 15.20 1.90
    2 785.42 112.40 108.98 6.35 1.32 12.96 16.82 16.01 1.56
    3 764.90 104.22 101.20 8.90 1.48 10.22 18.00 22.19 1.43
    4 656.01 118.07 95.42 9.27 1.54 11.98 17.43 20.51 1.40
    5 904.23 130.28 134.59 9.82 1.67 15.57 21.75 27.32 1.38
    6 754.07 103.56 96.12 8.63 1.45 13.72 16.82 17.43 1.75
    7 567.53 78.13 71.30 6.59 1.21 9.86 11.44 14.39 1.89
    8 581.11 56.08 50.15 5.06 1.14 10.53 14.42 15.72 1.76
    9 592.13 59.57 52.75 5.91 1.09 10.32 15.03 14.48 1.71
    10 617.05 63.08 55.20 5.68 1.16 10.19 16.58 15.21 1.68
    下载: 导出CSV

    表  3  Z30太阳轮断齿时各测点低维坐标值

    测点序号 x y z 矢量2-范数
    1 0.093 7 -0.280 6 -0.738 7 0.795 8
    2 0.829 0 -0.659 1 -0.967 6 1.434 6
    3 -0.468 1 -0.500 6 -2.014 7 2.128 1
    4 0.956 4 2.056 7 -0.202 5 2.277 2
    5 -2.282 7 0.262 1 0.754 2 2.418 3
    6 0.011 7 1.285 0 0.888 0 1.562 1
    7 0.166 8 -0.286 0 -0.633 6 0.714 8
    8 0.394 0 -1.074 0 0.770 4 1.379 2
    9 0.602 3 -0.818 4 0.967 8 1.403 3
    10 0.796 9 -0.853 2 1.076 8 1.588 2
    下载: 导出CSV

    表  4  各测点低维矢量2-范数排序

    变速箱状态 测点排序(由大至小)
    正常状态 3、5、4、6、2、10、8、1、9、7
    Z30太阳轮断齿状态 5、4、3、10、6、2、9、8、1、7
    Z15行星轮断齿状态 5、4、6、3、10、8、2、9、1、7
    下载: 导出CSV

    表  5  测点重要度最终排序

    测点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    重要度
    排序值
    8.7 6 2.7 2.3 1.3 4 10 7 8 5
    重要度由小到大排序 5、4、3、6、10、2、8、9、1、7
    下载: 导出CSV
  • [1] 冯辅周, 安钢, 刘建敏.军用车辆故障诊断学[M].北京:国防工业出版社, 2007:1-42

    Feng F Z, An G, Liu J M. Fault diagnostics of military vehicle[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2007:1-42(in Chinese)
    [2] 孙灿飞, 王友仁.直升机行星传动轮系故障诊断研究进展[J].航空学报, 2017, 38(7):106-119 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201707009

    Sun C F, Wang Y R. Advance in study of fault diagnosis of helicopter planetary gears[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2017, 38(7):106-119(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201707009
    [3] Zhang X, Wang L, Miao Q. Fault diagnosis techniques for planetary gearboxes under variable conditions: a review[C]//Proceedings of 2016 Prognostics and System Health Management Conference. Chengdu: IEEE, 2017: 1-11
    [4] 王国权.虚拟试验技术[M].北京:电子工业出版社, 2004:12-36

    Wang G Q. Virtual test technology[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2004:12-36(in Chinese)
    [5] 孙野.虚拟试验技术及其在坦克变速箱故障机理研究中的应用[D].北京: 装甲兵工程学院, 2012: 10-49

    Sun Y. Virtual test technology and its applatation on fault mechanism research of tank gearbox[D]. Beijing: Academy of Armored Forces Engineering, 2012: 10-49(in Chinese)
    [6] 陈绍军.基于虚拟样机的大型风电机组齿轮传动系统冲击特性分析[D].北京: 华北电力大学(北京), 2008: 33-50

    Chen S J. Transient response analysis of larger wind turbine commission system based on the virtual prototype[D]. Beijing: North China Electric Power University (Beijing), 2008: 33-50(in Chinese)
    [7] 魏静, 张爱强, 秦大同, 等.考虑结构柔性的行星轮系耦合振动特性研究[J].机械工程学报, 2017, 53(1):1-12 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201701001

    Wei J, Zhang A Q, Qin D T, et al. Coupling vibration analysis for planetary gear system considering flexible structure[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(1):1-12(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201701001
    [8] Chang M, Pakzad S N. Optimal sensor placement for modal identification of bridge systems considering number of sensing nodes[J]. Journal of Bridge Engineering, 2014, 19(6):04014019 doi: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000594
    [9] 张丽霞, 冯辅周, 江鹏程, 等.基于模态分析的变速箱振动测点优化配置[J].装甲兵工程学院学报, 2012, 26(2):43-45, 48 doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2012.02.009

    Zhang L X, Feng F Z, Jiang P C, et al. Vibration measuring point optimization for gearbox based on modal analysis[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2012, 26(2):43-45, 48(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2012.02.009
    [10] 杨大为, 赵永东, 冯辅周, 等.基于动力学仿真的行星变速箱故障机理研究[J].装甲兵工程学院学报, 2018, 32(5):49-54 doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2018.05.009

    Yang D W, Zhao Y D, Feng F Z, et al. Research on fault mechanism of planetary gearbox based on dynamic simulation[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2018, 32(5):49-54(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2018.05.009
    [11] Poston W L, Tolson R H. Maximizing the determinant of the information matrix with the effective independence method[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1992, 15(6):1513-1514 doi: 10.2514/3.11419
    [12] Bengio Y, Paiement J F, Vincent P, et al. Out-of-sample extensions for LLE, isomap, MDS, eigenmaps, and spectral clustering[C]//Proceedings of the 16th International Conference on Neural Information Processing Systems. Whistler: MIT Press, 2003: 177-184
    [13] 杨大为, 冯辅周, 赵永东, 等.VMD样本熵特征提取方法及其在行星变速箱故障诊断中的应用[J].振动与冲击, 2018, 37(16):198-205 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zdycj201816029

    Yang D W, Feng F Z, Zhao Y D, et al. A VMD sample entropy feature extraction method and its application in planetary gearbox fault diagnosis[J]. Journal of Vibration and Shock, 2018, 37(16):198-205(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zdycj201816029
    [14] 文贵华, 包丽, 丁月华.局部线性嵌入算法中参数的选取[J].计算机应用研究, 2007, 24(2):60-62 doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2007.02.019

    Wen G H, Bao L, Ding Y H. Determining parameter for locally linear embedding algorithm[J]. Application Research of Computers, 2007, 24(2):60-62(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2007.02.019
    [15] 赵丰文, 冯辅周, 戴耀, 等.基于动力学分析和模糊综合评判的变速箱测点配置[J].装甲兵工程学院学报, 2010, 24(4):41-44 doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2010.04.010

    Zhao F W, Feng F Z, Dai Y, et al. Gearbox optimum placement of sensor based on dynamics analysis and fuzzy comprehensive evaluation[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2010, 24(4):41-44(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-1497.2010.04.010
  • 加载中
图(8) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  745
  • HTML全文浏览量:  126
  • PDF下载量:  24
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-25
  • 刊出日期:  2020-03-05

目录

    /

    返回文章
    返回