基于阶次分析技术的行星齿轮箱非平稳振动信号分析

行星齿轮箱启动、停止和负载发生变化时,转速会发生变化并使得行星齿轮箱的振动信号具有明显的非平稳特性。行星齿轮箱复杂的结构特征导致了振动信号的复杂性,使得常规的频谱和解调分析方法难以识别时变工况下的行星齿轮箱故障特征频率。本文在行星齿轮箱故障特征频率的基础上,考虑转速变化特征,总结了行星齿轮箱太阳轮、行星轮及齿圈的故障阶次特征表。通过对行星齿轮箱变转速工况下太阳轮故障实验信号的阶次分析,实现了变转速情况下行星齿轮箱太阳轮故障诊断,并与传统的频域信号分析方法比较,体现了阶次分析技术在行星齿轮箱变工况故障诊断过程中的优势。     

局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动,且故障特征信号微弱等问题,提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量,针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算,以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态(齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障)的振动信号,对其进行局部均值分解和排列熵计算,验证了此方法的有效性。     

局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动,且故障特征信号微弱等问题,提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量,针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算,以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态(齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障)的振动信号,对其进行局部均值分解和排列熵计算,验证了此方法的有效性。     

行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障,复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用,以及时变振动传递路径的调幅作用,建立了组合故障振动信号模型,推导了Fourier频谱公式,总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果,基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。     

一种基于行星齿轮箱复合运动的故障诊断指标

行星齿轮箱广泛应用于风力发电、航空、船舶等大型工程机械中,恶劣的工作环境使得其中的关键部件容易出现严重的磨损或疲劳断裂等故障。现有的故障诊断方法大多在时、频域中对信号进行处理,然而由于行星齿轮箱振动响应信号频率成分的复杂性和故障传递路径的时变特性,使得传统的针对定轴转动齿轮系统的故障诊断方法很难有效的对行星齿轮箱进行故障诊断;抓住行星齿轮系统复合运动的突出特征,结合故障振动传递路径的时变特性,提出了一种基于故障运动特征的潮汐频率特征指标对行星齿轮箱进行故障诊断。通过对行星齿轮箱太阳轮局部故障的振动数据分析,验证了潮汐频率指标的存在,分析了潮汐频率作为行星齿轮箱故障诊断指标的优势和前景。     

基于振动分离信号构建和同步平均的行星齿轮箱轮齿裂纹故障特征提取

行星齿轮箱由于行星轮的行星运动导致其振动传递路径存在时变性,其振动响应与常规定轴齿轮箱振动响应有着本质的区别,传统的同步平均并不能直接应用于行星齿轮箱。为解决该问题,国外发展了可有效克服行星齿轮箱变传递路径的加窗同步平均法,详细论述了基于振动分离信号构建和同步平均的行星齿轮箱轮齿裂纹故障特征提取的原理及其实现。该方法首先验证齿轮的啮合齿序特征,根据齿序特征选择合适的窗函数对信号进行加窗截取,再根据重排齿序和加窗截取信号构建目标齿轮振动信号,最后对振动分离信号进行同步平均。行星齿轮箱齿根裂纹故障实测信号分析表明,该方法能有效的对行星齿轮箱进行故障特征提取。     

基于声发射衰减特性的故障行星轮定位研究

行星齿轮箱是风力机传动装置的重要组成部分,行星轮在低速重载、既自转又公转的复杂环境下容易诱发故障,其故障诊断特别是故障行星轮定位一直是研究重点和难点。建立了行星轮齿轮箱实验装置,模拟了行星轮故障,并利用声发射信号进行故障行星轮定位。实验研究了声发射信号在齿轮内部、齿轮与齿轮之间的传播特性,利用信号的幅值衰减特性简化了故障定位模型。利用信号幅度随信号传播距离增加而呈指数衰减的关系,建立了故障源定位方程组,从而获得故障齿的啮合位置,进一步确定故障行星轮的位置。实验结果表明:利用声发射信号的幅值衰减特性能够较为精确的确定故障行星轮的位置。     

行星齿轮箱典型故障对内齿圈齿根应变的作用机理研究

行星齿轮箱由于具有优良的特性被广泛应用于多领域的机械传动系统中,但恶劣的工作条件导致其故障频发,因此开展行星齿轮箱故障诊断方法的研究工作十分必要。传统的基于振动信号的故障诊断方法在识别行星齿轮箱早期微弱故障方面具有局限性,为此提出基于内齿圈齿根应变信号的行星齿轮箱故障诊断方法,并主要开展行星齿轮箱典型故障对内齿圈齿根应变的作用机理研究工作。分析行星齿轮箱内齿圈齿根应变模型的构建方法,将内齿圈齿根应变模型分解为行星轮-内齿圈啮合力模型、内齿圈轮齿的齿形系数模型和齿间载荷分配系数模型;利用行星齿轮箱的纯扭转模型计算行星轮-内齿圈啮合力,利用材料力学理论推导内齿圈轮齿的齿形系数,并对行星轮-内齿圈啮合过程中的齿间载荷分配系数进行分析;研究行星齿轮箱典型故障对啮合刚度的影响,并根据内齿圈齿根应变模型计算得到典型故障下内齿圈齿根应变的变化规律。建模仿真计算分析结果表明,不同类型、不同部位、不同剧烈程度的故障会对行星齿轮箱内齿圈齿根应变信号造成不同影响,利用内齿圈齿根应变信号可有效识别行星齿轮箱的故障行为。     

基于NeighCoeff和Hilbert包络分析的行星齿轮箱太阳轮故障诊断

针对行星齿轮箱的振动信号易受噪声干扰、信号成分复杂以及太阳轮易发生故障的问题,提出了基于小波相邻系数(Neigh Coeff)和Hilbert包络相结合的行星齿轮箱太阳轮故障诊断方法。建立了太阳轮局部故障的振动信号仿真模型,模拟噪声干扰下的太阳轮故障,利用Neigh Coeff对含噪信号降噪,对降噪后的信号进行Hilbert包络解调处理。仿真结果可得到更为清晰的频谱,证明该方法能够有效提取受噪声影响的故障特征频率。将该方法应用到行星齿轮箱太阳轮的故障诊断实验中,通过对太阳轮正常、断齿和磨损三种故障下振动信号进行实验,准确识别太阳轮故障,结果表明应用该方法能够有效地提高太阳轮故障诊断的准确性。     

行星齿轮箱太阳轮故障动态啮合周期特性

与定轴齿轮箱相比,行星齿轮箱内部齿轮副复杂的相对运动所引发的振动响应更加复杂多样,因而对其关键部件进行故障诊断颇具挑战。当内部轮齿发生故障时,由于故障啮合位置的动态性引起传递路径的时变性,固定在系统箱体上的单个传感器观测到的故障信息强度亦将呈现不规则变化的独特性。若想恰如其分的利用这些故障信息实现简单而有效的诊断,需重点关注故障啮合位置的周期特性,而后基于该周期所观测的信号进行“统筹兼顾”的分析,便可突显出各类故障的差异性。该研究在深入研究行星齿轮系统内部齿轮副的运行规律的基础上,创新性的提出了确定太阳轮故障动态啮合位置周期的方法,并考虑了以下两种情况:行星轮各不相同;行星轮完全相同。基于上述两种情况分别推导出太阳轮和行星架所需的最小旋转圈数的一般性表达式,该表达式可用于计算齿圈固定型的行星齿轮箱中的太阳轮故障啮合位置的运动周期。最后通过实验提出并验证了基于上述周期的故障诊断最小数据长度。