基于小波—Hilbert解调的齿轮故障诊断方法

提出了一种小波分析与Hilbert解调谱相结合的分析方法,并应用于齿轮故障特征的提取。依据齿轮箱故障机理和频谱特征,采用小波变换将信号分解后在不同频带进行分析,实现齿轮故障中的非线性耦合特征频率的提取,然后对特征频率进行Hilbert解调以得到准确的故障信息。将其应用于汽车领域,结果表明提出的方法可以有效提高频率分辨率,实现故障特征的准确提取,对于汽车变速箱的齿轮故障诊断具有一定的价值。     

风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断

针对风力发电机实际行星齿轮系统,由于幅值及相位调制现象(各种制造误差不可避免等原因所导致)带来的故障诊断难题,搭建了含各种制造误差的动力学模型。模型考虑了出现裂纹故障以后,故障对时变啮合刚度以及传递误差的影响,通过数值求解,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的包络谱结构特性,总结了故障特征频率。在风力发电机齿轮箱实验台上进行裂纹故障试验验证,结果表明所总结的故障特征频率可以作为风力发电机裂纹故障诊断及定位的依据。     

行星齿轮典型断齿故障的动力学仿真

基于一种改进的行星齿轮箱集总参数模型,将断齿故障等效到时变啮合刚度中,建立了直齿行星齿轮的太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障和内齿圈断齿故障的动力学模型。以某单级行星齿轮为研究对象,考虑扭转方向外部激励,对其正常和各断齿故障状态下的动力学模型进行求解,对内齿圈垂直振动加速度信号进行分析。研究结果表明:只考虑扭转方向的外部激励时,正常状态下内齿圈最高点处的垂直振动加速度信号频谱中幅值最高的共振峰与模态能量分布相关;在各断齿故障状态下,内齿圈垂直振动加速度的有效值均大于正常值,时域波形中可看到不同形式的冲击,包络谱中可看到对应的故障特征频率及其倍频成分。     

行星齿轮传动系统断齿故障下动态特性研究

为了探究含故障因素行星齿轮传动系统的动态特性,结合Hertz接触理论和齿轮激励,建立考虑齿面接触特性的行星齿轮传动系统动力学模型,并且在模型中分别引入了行星轮、内齿圈、太阳轮3种断齿故障因素;分别模拟了传动系统在不同故障因素影响下的工作过程,通过分析动载荷谱、浮动轨迹来研究行星齿轮出现故障的情况下传动系统的动态特性。得出结论:与内齿圈断齿故障相比,行星轮、太阳轮断齿对系统造成影响更大;频谱图中低频区域的幅值所在频率和故障频率有着对应关系;太阳轮断齿故障因素使太阳轮浮动轨迹半径大幅增加。故障因素对系统动态特性影响的研究,可以为行星齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。     

立磨减速机行星齿轮传动均载特性及其影响因素研究

综合考虑立磨减速机行星传动齿轮副时变啮合刚度、啮合阻尼、轴承支撑刚度、支撑阻尼,基于集中参数法建立了行星齿轮传动振动微分方程,采用龙格库塔法求解振动微分方程得到齿轮副的动态啮合力。研究了太阳轮、行星轮和内齿圈偏心误差对行星齿轮传动均载特性的影响。结果表明,太阳轮浮动时,行星齿轮传动获得较好的均载特性;且太阳轮浮动时,单一考虑太阳轮偏心误差、齿圈偏心误差比综合考虑太阳轮、行星轮和齿圈偏心误差具有更好的均载效果,整体上偏心误差对行星齿轮传动均载影响小;太阳轮不浮动时,系统均载特性较差。     

基于刚柔耦合模型的行星齿轮机构裂纹故障研究

行星齿轮机构行星轮裂纹故障存在难以诊断的问题,为了对行星齿轮机构行星轮裂纹故障进行更好的诊断,以某型汽车行星齿轮机构为例,基于该机构刚柔耦合动力学模型,对其行星轮裂纹故障信号频谱图特点进行了研究。首先,采用SolidWorks软件,建立了行星齿轮机构行星轮裂纹故障三维模型,利用ANSYS APDL软件将模型中需要布置传感器的部位设置为柔性体;然后,在ADAMS软件中建立了行星齿轮机构刚柔耦合动力学仿真模型;之后,采用ANSYS Workbench软件,对齿轮裂纹故障进行了啮合静力学分析,建立了行星轮的裂纹故障模型;最后,通过对齿轮机构进行刚柔耦合动力学仿真分析,得出了该行星齿轮机构行星轮裂纹故障模型的信号特征。研究结果表明：在行星轮裂纹故障频谱图中,信号的峰值均与啮合频率或其倍频相对应,而啮合频率处的局部峰值均与行星轮故障频率有关。     

变速行星齿轮系统故障诊断方法

针对风力发电机行星齿轮系统变速非平稳工况,且故障信号耦合调制严重、传递路径复杂、噪声污染严重等特点,提出了基于阶次包络分析的故障诊断方法,详细阐述了方法原理和实现流程。通过对变速工况下的仿真加速度信号进行阶次包络分析,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的阶次包络谱结构特性,总结了不同部件故障的特征阶次。在此基础上,通过对变速行星齿轮系统试验信号的分析表明:阶次包络分析方法能较好地抑制噪声干扰,反映故障特征清楚,且故障特征能作为变转速时行星齿轮系统故障诊断和定位的依据。     

采煤机摇臂齿轮传动系统振源定位分析方法

为了研究采煤机摇臂传动齿轮的振动分析方法并进行实机振源定位验证,首先,采用小波分析对采煤机摇臂振动信号进行降噪处理和频谱分析,依据特征频率下的振幅结果确定故障齿轮的啮合频率;然后,通过Morlet小波包络解调分析获取边频带信号频谱特征,依据边频带特征频率下的振幅结果确定故障齿轮的转动频率;最后,对频谱分析和Morlet小波包络解调分析的结果进行综合分析,锁定故障齿轮的准确位置。对一台国产采煤机摇臂齿轮传动系统进行了振动测试与信号分析,结果表明,基于小波分析、频谱分析和Morlet小波包络解调分析相结合的振动分析方法可以实现对采煤机摇臂故障齿轮的准确定位,为强噪声环境下复杂齿轮传动系统的故障快速定位和现场定点维修提供了方法支持。     

兆瓦级风电齿轮增速箱行星齿轮传动系统动态特性研究

以载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱为研究对象,考虑外部载荷激励、时变啮合刚度的影响,详细推导并建立包含径向和扭转的系统动力学模型,分析计算系统低速级和中速级中行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力。应用龙格—库塔法求解,归纳分析得到各级中心构件径向振动速度和扭转振动角速度变化以及行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力时变特点。这为载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱动态优化设计提供了理论依据。     

谐波齿轮传动的运动学

一、谐波齿轮传动是行星齿轮传动的一种变态形式众所周知,行星齿轮传动由中心轮、行星轮和转臂等基卒构件组成。若将行星齿轮传动中的行星轮分解为齿圈和轮芯两部分,并把滚轮形式的轮芯和转臂组成一个基本构件,而把行星轮的齿圈转化为一个与中心轮(内齿轮)齿数相差很少的薄壁齿圈,依靠薄壁齿圈的弹性变形     

基于包络加窗同步平均的行星齿轮箱特征提取

行星齿轮箱由于行星轮通过效应、太阳轮与行星架的旋转及时变工况,导致其振动响应存在时变传递路径及非平稳性等特点,且传统的同步平均将不能直接应用于行星齿轮箱。笔者在国外加窗同步平均的基础上提出一种能有效克服时变传递路径及非平稳性的基于包络信号角域加窗同步平均的行星齿轮箱故障特征提取方法。首先,基于谱峭度提取出行星齿轮箱振动信号的包络信号;其次,再利用计算阶比跟踪技术对包络信号进行等角度重采样,行星架每旋转一圈,选择合适的窗函数对角域信号进行多齿宽加窗截取;最后,验证齿轮啮合齿序特征,根据重排齿序对加窗信号进行重构振动分离信号,对振动分离信号进行角域同步平均,提取行星齿轮箱故障特征。行星齿轮箱故障实测信号分析表明,该方法能有效提取行星齿轮箱故障特征。     

基于模态叠加法的大型立式行星传动齿轮箱动力学分析及测试

根据某大型立式行星传动齿轮箱的结构和动态性能特点,建立了其直齿行星传动的平移-扭转耦合集中参数动力学模型,基于模态叠加法采用ADAMS动力学分析软件对齿轮箱的高速轴、低速轴、行星轮和太阳轮等构件进行了动力学特性分析,得到了整个传动系统的频响函数和模态频率。通过理论分析与现场测试结果进行对比,分析了该行星传动系统固有特性对齿轮箱产生的振动及噪声的影响。     

Vibration signal modeling of a planetary gear set with transmission path effect analysis

For a planetary gear set, the transducer-perceived vibration signal contains vibration information from multiple sources including the sun gear, planet gears, and the ring gear. All these vibration sources are subject to corresponding transmission path effects. In this paper, a comprehensive vibration signal model for a planetary gear set is proposed considering all the vibration sources and transmission path effects. Vibration sources were generated with a nonlinear two-dimensional lumped-parameter dynamic model. Transmission path effects are modeled as two parts: the part inside the gearbox to the casing and the other part along the casing to the transducer position. Given the gear sizes, the transmission path effect modeling parameters are estimated. Then the influences of different transmission paths on resultant vibration signals are analyzed. Some vibration characteristics are revealed for one healthy planetary gear set. These vibration characteristics are validated with lab experimental data in both time domain and frequency domain.     

基于自混合干涉的齿轮箱故障诊断技术

将激光自混合干涉（SMI）技术用于齿轮箱的故障检测,设计出一种新的齿轮箱故障检测传感器。采用QL65D5SA型半导体激光自混合传感器、冯哈勃2342l012CR空心杯减速电机自带的行星齿轮箱,搭建了行星齿轮箱故障SMI检测系统,并对行星轮Z1做断齿故障实验。通过对时域波形的分析,可以找到额定转频下的12个冲击点;通过对齿轮箱故障信号傅里叶频谱的分析,发现故障齿轮的啮合频率周围出现与故障齿轮特征频率和行星架转频呈整数倍关系的边带,且啮合频率处的波形幅值明显增大,这些都与齿轮副的理论振动模型相符合。     

基于改进经验小波变换的行星齿轮箱故障诊断

行星齿轮箱振动信号具有复杂多分量和调幅-调频的特点。幅值解调和频率解调方法能够避免传统Fourier频谱中的复杂边带分析,有效识别故障特征频率。经验小波变换通过对信号Fourier频谱的分割构造一组正交滤波器组,能提取具有紧支撑Fourier频谱的单分量成分,再对单分量成分运用Hilbert变换即可实现信号的解调分析。经验小波变换能够有效分离出调幅-调频成分,不存在模态混叠现象,具有完备的理论基础,自适应性好、算法简单、计算速度快。将改进的经验小波变换应用于行星齿轮箱振动信号的解调分析;提出了一种单分量个数的估算方法,解决了经验小波变换中的Fourier频谱划分问题;给出了对故障敏感的信号分量的选取方法,提高了分析的针对性。将改进方法应用于行星齿轮箱振动仿真信号和实验信号分析,验证了该方法的有效性。     

柔性行星轮系在风电齿轮箱中的应用

设计人员采用很多方法去克服行星齿轮箱中负载不均情况的发生:如柔性齿圈、浮动太阳轮、浮动行星架等.相对悬臂柔性行星轮系的设计,在平衡刚度和柔性的基础上能更好地实现载荷的分配均匀,具有较小的应力和最佳齿轮接触模式.     

行星轮系转矩大幅波动故障特征及诊断方法

应用运动学和动力学理论对内齿轮不平衡、内齿轮与太阳轮回转中心不重合、主动齿轮不平衡等故障进行分析，得出行星轮系统驱动电机电流大幅度波动的特征频率和机械振动的特征频率。齿轮箱机械振动和驱动电机电流波动特征频率联合可以有效诊断行星轮轨道宽度变化致使电流大幅波动的故障。以某冶金厂大型重载齿轮箱为例，详细阐述诊断方法的应用，并证明诊断方法的有效性。     

Health condition identification of planetary gearboxes based on variational mode decomposition and generalized composite multi-scale symbolic dynamic entropy

This paper proposes a novel fault diagnosis method based on variational mode decomposition (VMD) and generalized composite multi-scale symbol dynamic entropy (GCMSDE) to identify the different health conditions of planetary gearboxes. First, VMD is adopted to remove the noises and highlight the fault symptoms. Second, GCMSDE is utilized to extract the fault features from the denoised vibration signals. Third, the Laplacian score (LS) approach is employed to refine the fault features. Finally, the new features are fed into Softmax regression to identify the health conditions of planetary gearboxes. The proposed method is numerically and experimentally demonstrated to be able to differentiate seven localized fault types on the sun gear, planet gear and ring gear of planetary gearboxes.