旋轉機械知識:行星齒輪系統故障的早期特徵及故障診斷方法

Mondo 汽車 更新 2024-01-30

行星齒輪系由太陽輪、齒圈、行星架和多個行星輪等中心部件組成

行星齒輪系通常在高速、過載的惡劣環境中執行,齒輪、行星架、軸承等部件的各種故障是不可避免的。 當行星齒輪系出現點蝕、開裂、磨損等少量早期失效時,通常不影響整個旋轉機械的正常執行;但隨著早期故障的進一步發展,行星齒輪系會產生較大的振動,甚至可能發生齒輪斷裂和結構解體,從而導致整個傳動系統迅速失效並造成其他嚴重事故,對裝置的安全執行構成嚴重威脅。 據統計,自20世紀80年代以來,全世界旋轉機械的重大事故中,約80%是由行星齒輪系故障引起的

行星齒輪系的早期失效具有以下特點

1.訊號的複雜性,振動訊號包含多種旋轉頻率、嚙合頻率和倍頻分量,如太陽輪、齒圈、行星架、行星輪等,此外齒輪、軸承、聯軸器、電機等部位的頻率分量也會混入振動訊號中

2、訊號的非平穩性、齒輪點蝕、磨損、裂紋等區域性早期故障引起的外部載荷的瞬時波動和內部激勵會引起振動響應的非平穩性,外部載荷和內部激勵會相互疊加,這將進一步增強振動訊號的非平穩性

3、訊號的非線性,在行星齒輪系統中,太陽輪、齒圈、行星齒輪等多個齒輪部件同時嚙合,產生振動的相互耦合,使得振動訊號具有很強的非線性,增加了訊號分解和故障識別的難度。

4.訊號的弱性,由於行星齒輪系通常在強雜訊的背景下執行,再加上早期故障引起的小勵磁,訊號在複雜的傳遞路徑後嚴重衰減,導致感測器採集的振動訊號是訊雜比遠小於1的微弱訊號。

如何診斷行星齒輪系故障

1 基於動態分析的故障診斷 利用齒輪動力學揭示行星齒輪失效的機理,基於動態分析的齒輪系統故障診斷的一般步驟有:齒輪系統動力學建模、模擬故障注入、訊號測量、訊號處理、頻譜分析和故障診斷,這種方法的優點是成本低、效率高, 易於實現,缺點是簡化的模型與實際之間存在差距,需要不斷改進。

2、基於訊號降噪的故障診斷,復合行星齒輪系工作環境惡劣,振動訊號中含有較強的隨機雜訊,導致故障特性訊號被雜訊淹沒,訊號降噪是故障診斷和預處理的常用手段,傳統的訊號降噪方法是使用數字濾波器對原始訊號進行濾波,以去除雜訊訊號。

4 基於多資訊融合的故障診斷,基於多資訊融合的故障診斷是指利用多測點訊號和多特徵綜合分析,比使用單個測點或單一特徵量進行故障診斷時得到的訊號更全面,可以顯著提高故障診斷的可靠性和準確性

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