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行星
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故障诊断
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行星齿轮箱的状态监测和故障诊断,行星,齿轮箱,状态,状况,监测,以及,故障诊断
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行星齿轮箱的状态监测和故障诊断 雷 亚国 ， 林静 ，左 明 ， 何正佳 西安交通大学制造系统工程国家重点实验室，西安 710049 b 中国电子科技大学机电工程学院，成都 611731 c 阿尔伯塔大学机械工程系，埃德蒙顿，艾伯塔省 拿大 文章历史： 于 2013 年 3 月 4 日收到 收到修订表格 2013 年 10 月 28 日接受 2013 年 11 月 7 日 可在线于 2013 年 11 月 21 日 关键词： 行星齿轮箱故障诊断建模 信号处理 摘要 行星变速箱明显不同于固定轴变速箱和具有独特的这使工作对固定轴齿轮箱故障诊断方法。大部分的工作已经完成固定轴齿轮箱的状态监测和故障诊断 ,虽然研究行星变速箱不了那么多。然而 ,我们还注意到 ,许多出版物上的行星齿轮箱状态监测和故障诊断出现在学术期刊 ,会议资料和技术报告。本文旨在回顾和总结这些出版物和提供全面的参考人员对这个话题感兴趣。行星齿轮箱的结构以及固定一个简要介绍和对比。行星变速箱的独特行为和故障特征识别和分析。调查总结了行星齿轮箱的状态监测和故障诊断的基础上采用的方法。最后 ,打开问题进行了讨论 ,指出了潜在的 研究主题 关键词 :行星齿轮箱 故障诊断 建模 信号处理 1 概论 由于大传动比的优势和强大的承载能力 ,行星 (也称为行星 )变速箱是广泛应用于航空航天、汽车和重型工业应用 ,如直升机、风力涡轮机、重型卡车 1、 2。行星变速箱一般在艰苦的工作环境下运行。他们的关键组件 ,例如 ,齿轮和轴承 ,受损坏模式 ,如疲劳裂纹和凹陷 3。行星变速箱的失败可能会导致 整个列车的关闭 ,导致重大的经济损失 ,甚至人员伤亡。行星齿轮箱的状态监测和故障诊断的目标是预防事故和生成的行星变速箱为用户节约成本。 齿轮箱的状态监测和故障诊断已经大大吸引了越来越多的关注 4 - 6。然而 ,大多数的调查集中在固定轴变速箱的齿轮被设计用来旋转自己的固定中心 7(见图 1)。从根本上不同于固定轴变速箱 ,行星变速箱是指包括行星齿轮的传动结构集。一个基本的行星齿轮组 ,图 2 所示 ,是一个复合齿轮系统。齿轮系统包含一个齿圈 ,太阳齿轮旋转围绕自己的中心 ,和几个行星齿轮 ,不仅旋转自己的中心 ,而且围绕太阳齿轮 的中心。有了这样一个复杂的齿轮传动结构 ,行星变速箱表现出一些独特的行为 ,使工作对 速箱故障诊断方法。 图 1 固定齿轮系统的传输图有两个啮合对 与固定轴变速箱相比 ,对行星齿轮箱的状态监测和故障诊断的研究并不是很多。然而 ,他们已经在最近几年快速增长。许多出版物每年都会出现在这些研究在学术期刊 ,会议资料和技术报告。 2005 年 ,塞缪尔和派内斯 11彻底审查而审查特别关注的行星变速箱故障诊断尚未报道 ,基于作者的文献检索 本文旨在 总结和调查研究和开发行星齿轮箱的状态监测和故障诊断。它试图合成各个部分的关于这一主题的信息上下文 ,因此为研究人员提供一个全面的参考 ,帮助他们发展高级研究主题。方面的调查 ,提出了行星齿轮箱的故障诊断中使用的不同方法 ,即建模、信号处理和智能诊断。 剩下的纸是组织如下。第二节简要比较了行星变速箱和固定轴的传动结构 ,并确定独特的行为和行星变速箱的故障特征。第三节回顾了出版物上根据使用的行星齿轮箱故障诊断方法。第四单元提供了一个总结表中通过综合出版物报道并指出现有基本问题研究工作。第 5 部分描述了前景和标识在这一领域未来的研究方向。 结论是在第六节。 2 简要介绍行星变速箱 动结构和操作行为 在本节内 ,速箱的传动图包含两个啮合对图 1 中给出了先引入一个行星齿轮箱。从图 1,所有观察到的两个啮合的齿轮双旋转只有自己固定的中心。变速箱只包 括这类被定义为相应的固定轴的齿轮传动结构。 相比之下 ,一个行星齿轮组有几个行星齿轮的旋转不固定的中心。如图 2 所示 ,一个基本的行星齿轮组有一个齿圈 ,太阳齿轮旋转 ,自己的中心 ,和四个行星齿轮 ,不仅自己不固定的旋转中心还围绕太阳齿轮的中心。太阳齿轮之间的行星齿轮和环形齿轮 ,因此与他们两人同时啮合。一般来说 ,有三种基本类型的行星变速箱常用的现代工业。分别给出了三种行星变速箱在图 2 2 示了一个与停滞环形齿轮行星变速箱 ,停滞的太阳齿轮 ,分别 ,没有停滞齿轮。 图 2 (a)一个行星齿轮组基本有四个 行星齿轮 ,行星齿轮组 (b)计划停滞环形齿轮 ,行星齿轮组(c)计划停滞太阳齿轮和行星齿轮组 (d)方案与旋转的太阳齿轮和环形齿轮旋转 因为他们的传播结构 ,行星变速箱一般有以下行为 ,未观察到固定轴变速箱 （ 1）与太阳同时多个行星齿轮啮合齿轮和环形齿轮 ,和大量的同步组件 (齿轮或轴 承 )在近距离将激发类似的行星齿轮箱的振动。这与不同的啮合振动阶段夫妇彼此 ;因此 ,一些振动可以中和或取消 12。 （ 2）有多个和时变振动传输路径从齿轮啮合点到传感器 ,通常固定在行星变速箱的住房。这些传输路径可能恶化或细小的错误的组件的振动信号通过耗散和干扰效果 13。此外 ,扭矩或负载应用于变速箱也可能增加非线性传播路径的影响 12。所有这些影响会削弱隐藏在复杂的振动信号故障特征。 （ 3）行星变速箱有不同的分布频率振动光谱信号与固定轴变速箱相比。一对啮合齿轮损坏的固定轴变速箱 ,故障特征频率 ,即 现和对称定位啮合频率及其谐波的频率谱 14。健康和破坏行星变速箱 ,是出现在频率谱。此外 ,不觉 般非对称齿轮啮合频率及其谐波。它可以解释这样一个事实 :多个行星齿轮产生振动相似 ,但是不同的啮合阶段 ,导致一些持中和多个齿轮网格 1517 （ 4）一些组件在行星变速箱一般在低转速下运行 ,因为大的传动比。的确 ,低频特性很容易掩饰了沉重的噪音。因此 ,它更难以发现低速组件行星变速箱的故障特征。 基于上述行为 ,从行星变速箱振动信号测量更复杂的比固定轴变速箱。因此 ,行星变速箱故障检测的难度增加 ,和检测方法的有效性为固定轴变速箱开发应用于行星变速箱时减少或减弱。 价的特征频率 特征频率 ,包括齿轮旋转频率、啮合频率 ,等等 ,是齿轮的故障检测的关键。识别错误的发生有关的特征频率与给定的错。因此 ,特征频率的行星变速箱以及固定轴变速箱提供在本节。这些特征频率的推导是基于固定轴变速箱的齿轮传动结构在图 1 和停滞的行星齿轮箱齿圈在图 2 b 中 ,分别 定轴齿轮箱 定义以下符号 是齿轮的齿数 j(j = 1、 2、 3、 4) 是齿轮的旋转频率 j(j = 1、 2、 3、 4)。齿轮的旋转频率 1 ( 是整个齿轮传动的输入频率 ,通常是预先知道的。 啮合副的传动比是 k(k = 1、 2),它被定义为比率的旋转频率主动齿轮和从动齿轮的啮合。实际上 ,它还等于比率从动齿轮的齿数和驱动装置，例如 2/ 4/图 1 啮合副的啮合频率 k(k = 1、 2)。 特征频率 ,即每个齿轮的旋转频率和各啮合副的啮合频率 ,可以表示为一个函数的输入频率 (齿轮的齿数如下。方程的特征频率也总结在表 1 星齿轮箱 基于原则用于评估固定轴变速箱的特征频率 ,我们可以获得行星变速箱的特征频率图 2 b。让下面的定义。 分别为太阳齿轮的齿数 ,行星齿轮 ,和环形齿轮 行星齿轮的数量 fP 分别为太阳齿轮的旋转频率 ,一个行星齿轮 ,齿圈和载体。 i 它被定义为输入轴的旋转频率之间的比率 (太阳齿轮 )与输出轴 (承运人 )。 通过行星齿轮的频率 行星齿轮的啮合频率 由于传动比是评估的关键行星变速箱的特征频率 ,其计算过程将如下所示 18,这是相对复杂的固定轴与齿轮箱 行星齿轮传动的齿圈所示图 2 b 是停滞不前。因此 ,我们有以下方程。 行星齿轮传动转换为固定轴传输和 利用固定轴的计算原则 ,下列方程相应的生成。 替换 (6)到 (7),我们得到传动比 基于计算传动比 ,特征频率可以写成一个函数的旋转频率的太阳齿轮 (齿轮齿的数量由以下方程 ,总结在表 2 对于其他两种类型的行星变速箱在图 2 c 和 d,特征频率可以以同样的方式计算。参考文献。 (19、 20)提供了基础通过开发所有三种行星变速箱的特征频率 ,影响理解的问题与行星齿轮箱状态监测和诊断 013in 8 013 0131 013a . . . . . . . . . 296. 297. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2990263 - 211 2013 +86 Y. 8 (2014) 292305, on we a of on of in to in of a as as a of on of on 013 6XiXi10049, 11731, , . c, of . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .on of . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .to of in as 1,2. et 8 (2014) 292305 293In a As 1. of a of as In of a is 1of a It is 1 of to as 3.A of in of to of of 46. on in to 710 (1). of An 2a, is a a a of a on of at a in on in 005, 1 a a on of on to of of It to of on in a in is in of in of of is as of of on to a by in a in to . . . 299. . . . 299. 300. 300. 301. 302. 302. 303. 303. et 8 (2014) 292305c a un 2a, an a of in of 2bd, 2bd a no of in 1) a or as a of be or 122. (a) An (b) of d) of 2) to on or of 13. In or to of 12. in 3) of in a of in in 14. in In be by (c) of of of et 8 (2014) 292305 295of of to be 517.(4) in of It is by it is to of in on of of of of is to of to of of is of as as 1 2b, j is of of j (j =1,2,3,4)is of j (j = 1,2,3,4). of .( is of is is of k (k = 1,2),is as of of a it of of of 24k = 1,2)of of be as a of of of as of 1112of 067 R. F. N. A of in CM 010), 3, 2011.68 R. J. T. et by to 2011) 701712.69 G. in : 7 (5) (2003) 10331047.70 G. in I: 7 (2) (2003) 273283.71 2005.72 et A on 8 (2012) 411415.73 M. Y. et on 7 (2012) 112126.74 A. G. A 2005 10, 2005, 47304735.75 J. 2011.76 D. P. R. et E of 2010,118.77 Y. et on 6 (2011) 21462153.78 2000) 250260.79 of 041, 997: 3, 1997, 4453.80 19 (2009) 698718.81 98, 2003, 1
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