行星齿轮箱扭振信号的试验与分析

作     者：曹展 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王细洋

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：行星齿轮箱 扭振信号 解调分析 最小熵解卷积 谱峭度 故障诊断 

摘      要：行星齿轮箱具有体积小、重量轻、传动比大、传动效率高等优点,是直升机及风电传动系统的关键部件。然而行星齿轮箱相比定轴传动齿轮箱具有更加复杂的结构及运动形式,又因工作环境恶劣,极易发生齿轮局部磨损损伤及轮齿折断等故障,因此对行星齿轮箱进行故障诊断方面的研究对于预防重大安全事故的发生具有重要的意义。迄今为止,行星齿轮故障诊断大多借鉴固定轴齿轮故障诊断技术进行开展的,通常由安装在齿轮箱体的加速度传感器采集到的往复振动信号进行分析。由于行星轮系相比于固定轮系啮合关系复杂,从采集到的行星齿轮箱往复振动信号中提取出相应的齿轮啮合振动信号信息极为困难,而从采集到的齿轮箱轴系扭转振动信号中获得齿轮的啮合振动信息则相对容易。因此,本文研究了基于扭振信号分析法的行星齿轮故障诊断,主要内容如下:1.行星齿轮箱扭振信号的采集与试验。利用安装在行星齿轮箱轴系的增量式编码器采集扭振信号,通过硬件的配置,确立了行星齿轮故障诊断试验台。通过LABVIEW图形化语言开发了行星齿轮往复振动信号及行星齿轮扭振信号采集系统。为了更加接近工程实际情况,试验时通过磁粉制动器给行星齿轮箱输出轴施加一定的载荷,通过速度控制器控制行星齿轮箱输入轴的转速分别在工况一、工况二及工况三三种工况下进行试验。分别采集行星齿轮箱在正常状态下、行星齿轮局部磨损损伤及行星齿轮局部断齿状态下的行星齿轮箱输入轴及输出轴扭振信号。2.行星齿轮箱扭振信号的时频域分析。在一定的工况下,对行星齿轮箱扭振信号进行时域、频域及时频解调分析。对扭振信号进行时域分析时,发现输出轴扭振信号比输入轴扭振信号在时域上更能够反应故障特征;对输出轴扭振信号信号用时频解调分析时,发现输出轴扭振信号能够准确从时频解调分析中揭示行星齿轮的故障特征。3.针对背景噪声干扰状态下的行星齿轮箱输入轴扭振信号故障特征提取,提出最小熵解卷积的谱峭度法在行星齿轮箱扭振信号分析中的应用。将这种方法应用于仿真信号及实际输入轴扭振信号,分析发现这种方法能够准确的提取行星齿轮故障特征。并将这种方法与小波降噪包络分析对比,突出了提出的方法的优势。