基于时间序列行星齿轮箱故障诊断方法研究

作     者：江涛 

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：2019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 故障诊断 时间序列分析 故障预测 

摘      要：在航空、矿山和新能源领域,回转机械的传动系统是设备正常运转的关键,其传动系统常工作在时变工况,高速、变载、以及有限的安装空间,使得行星齿轮轮系被广泛应用在这些领域。因此行星齿轮箱通常在恶劣的环境中进行工作,在这种环境下极易发生齿轮故障。所以对于行星齿轮箱故障诊断极其的重要,既保证操作人员和设备的安全,又可以降低设备维修的成本。目前,针对行星齿轮箱故障诊断大多数还是基于往复振动信号进行故障分析,通过安装在齿轮箱上的加速度传感器采集试验所需的往复振动信号,此方法在提取齿轮啮合振动信息时较为困难,然而通过安装在齿轮箱轴系中的增量式编码器来提取的扭转振动信号则方便很多,因为扭转振动信号相对往复振动信号其频谱结构相对简单,而且不受其它振动所影响,对故障特征也更加敏感。因此,本文提出基于扭转振动信号对行星齿轮箱故障特征进行试验分析。1.通过增量式编码器对行星齿轮箱扭转振动信号进行采集,利用高频脉冲计数的原理将采集的信号经过转换得到?-t的曲线关系图,然后采用一阶线性插值法将这些不均匀的扭振信号转变为均匀的扭振信号。为了更加接近行星齿轮箱工作环境,因此通过磁粉制动器对行星齿轮输出轴增加负载,并且完善试验整体设备,采集试验所需扭振信号。2.建设开发试验平台用来模仿观察行星齿轮箱的实际真实工作情况,通过调用Labview图形化编程语言,研究开发了一套试验平台中需要使用的行星齿轮箱扭振信号采集系统,与此同时,计算机总控设备将以txt格式,存储保存收集到的扭振信号用以后续数据处理及分析。将采集到的行星齿轮箱扭转振动信号进行故障特征提取,对扭振信号时域和频域进行分析,对比行星齿轮正常状态和故障状态下时域图和频域图。3.针对模拟行星齿轮箱在实际环境下的工作状态进行扭振信号特征提取,提出基于时间序列分析对行星齿轮箱进行故障诊断和预测,建立时间序列模型,利用信息论判据确定模型阶次,利用改进的协方差法对模型参数估计,通过两组数据的对比发现齿轮故障状态时模型系数不在参数容差范围内,并且对故障信号进行预测,发现此方法在齿轮故障诊断有较好的前景。