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行星齿轮箱故障诊断的扭转振动信号分析方法

中国电机工程学报 2013年第14期33卷 101-106,2页

作者：冯志鹏褚福磊北京科技大学机械工程学院北京市海淀区100083 清华大学精密仪器与机械学系北京市海淀区100084

行星轮的通过效应或行星架和太阳轮的旋转对啮合振动产生额外的调幅作用,导致横向振动信号的频谱结构非常复杂。扭转振动信号不受这些额外调幅效应的影响,它们的频谱结构更加简单。因此,扭转振动信号分析为行星齿轮箱故障诊断提供了一... 详细信息

行星轮的通过效应或行星架和太阳轮的旋转对啮合振动产生额外的调幅作用,导致横向振动信号的频谱结构非常复杂。扭转振动信号不受这些额外调幅效应的影响,它们的频谱结构更加简单。因此,扭转振动信号分析为行星齿轮箱故障诊断提供了一种有效方法。建立了行星齿轮箱扭转振动信号模型,推导了Fourier频谱、幅值解调谱和频率解调谱的解析表达式,总结了上述频谱的结构特点。应用故障实验数据验证了上述理论分析结果。

关键词：风力机行星齿轮箱故障诊断扭转振动解调

行星齿轮箱太阳轮轴承外滚道故障特征增强研究

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振动与冲击 2022年第20期41卷 142-150页

作者：肖飞熊晓燕牛蔺楷谢宏浩张炜郑一珍祁宏伟太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024

当行星齿轮箱存在太阳轮与太阳轮轴承复合故障时,太阳轮轴承故障信号微弱,容易被太阳轮故障信号淹没。为了在强大的太阳轮故障信号的背景下高效提取微弱的轴承故障信号,开展了行星齿轮箱太阳轮与太阳轮轴承复合故障动力学响应研究。以... 详细信息

当行星齿轮箱存在太阳轮与太阳轮轴承复合故障时,太阳轮轴承故障信号微弱,容易被太阳轮故障信号淹没。为了在强大的太阳轮故障信号的背景下高效提取微弱的轴承故障信号,开展了行星齿轮箱太阳轮与太阳轮轴承复合故障动力学响应研究。以单级行星齿轮箱为研究对象,利用ADAMS动力学分析软件,构建包含太阳轮断齿以及太阳轮轴承外圈局部损伤的行星齿轮箱刚-柔耦合动力学模型,该模型保留了轴承滚动体与保持架的6个自由度,并且考虑了齿轮与轴承的耦合作用。基于所建立的刚-柔耦合动力学模型,提出了太阳轮轴承外滚道故障特征增强方法。该方法基于外滚道损伤-滚动体冲击力方向在轴承旋转过程中基本不变的原理,将垂直放置的两个加速度传感器采集的振动信号转换到极坐标系,通过分析坐标点在极坐标系中的分布情况来对复合故障下太阳轮轴承外滚道表面损伤进行诊断。结果表明,使用该方法能够对频谱分析不能诊断的太阳轮轴承外滚道故障进行特征增强。

关键词：行星齿轮箱刚柔耦合模型复合故障轴承表面损伤特征增强

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行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

振动与冲击 2020年第1期39卷 15-23页

作者：李肖冯志鹏北京科技大学机械工程学院

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,... 详细信息

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。

关键词：行星齿轮箱组合故障特征频率 Fourier频谱

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行星齿轮箱齿轮磨损故障诊断

振动与冲击 2019年第23期38卷 84-89,125页

作者：李海平赵建民张鑫倪祥龙军事科学院系统工程研究院北京100141 陆军工程大学装备指挥与管理系石家庄050003 中国洛阳电子装备试验中心洛阳471003

为解决行星齿轮箱故障诊断方法专业性要求高、计算过程复杂以及模型训练时间长等问题,提出一种基于PCA-EDT-DBN的行星齿轮箱故障诊断新方法。利用PCA分析多个传感器采集到的振动信号并根据需求取每列信号的前p个主成分,将每列信号的前p... 详细信息

为解决行星齿轮箱故障诊断方法专业性要求高、计算过程复杂以及模型训练时间长等问题,提出一种基于PCA-EDT-DBN的行星齿轮箱故障诊断新方法。利用PCA分析多个传感器采集到的振动信号并根据需求取每列信号的前p个主成分,将每列信号的前p个主成分合成一维序列。计算每两列数据前p个主成分之间的欧氏距离得到距离矩阵,将该矩阵按序展开成一维序列。将得到的两个一维序列合成一个一维序列作为样本输入到DBN中对模型进行训练,再有新样本输入到训练好的模型中则可智能地给出分类结果,从而实现对设备的故障诊断。此外,为提高模型诊断准确率,提出利用正交试验对DBN参数进行优化。利用行星齿轮箱齿轮磨损预置故障实验数据验证了该方法的有效性,结果表明该方法诊断准确率高、训练时间短且计算过程简单。

关键词：行星齿轮箱故障诊断 PCA EDT DBN

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行星齿轮箱故障诊断技术的研究进展

机械工程学报 2011年第19期47卷 59-67页

作者：雷亚国何正嘉林京韩冬孔德同西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

行星齿轮箱广泛用于风力发电、直升机、工程机械等大型复杂机械装备中,低速重载的恶劣工作环境经常导致其太阳轮、行星轮、行星架等关键部件出现严重磨损或疲劳裂纹等故障。然而,现有的中心轴固定的传统齿轮箱故障诊断理论与技术不能有... 详细信息

行星齿轮箱广泛用于风力发电、直升机、工程机械等大型复杂机械装备中,低速重载的恶劣工作环境经常导致其太阳轮、行星轮、行星架等关键部件出现严重磨损或疲劳裂纹等故障。然而,现有的中心轴固定的传统齿轮箱故障诊断理论与技术不能有效解决行星齿轮箱诊断中所面临的诸多棘手问题,例如行星齿轮箱中多模式混淆和振动传输路径复杂导致故障响应微弱、载荷大范围瞬时波动引起振动的强烈非平稳性、多对齿轮啮合的振动相互耦合造成振动明显的非线性、低频特征频率成分噪声污染严重等。阐述行星齿轮箱故障诊断的特点与难点;从动力学建模和动态信号处理两方面,综述和分析行星齿轮箱故障诊断的国内外研究进展;指出当前研究中存在的关键问题;讨论解决这些关键问题的途径。

关键词：行星齿轮箱动力学模型信号处理故障诊断

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行星齿轮箱齿轮分布式故障振动频谱特征

中国电机工程学报 2013年第2期33卷 118-125,21页

作者：冯志鹏褚福磊北京科技大学机械工程学院北京市海淀区100083 清华大学精密仪器与机械学系北京市海淀区100084

深入透彻地了解振动信号的频谱结构,有助于通过简单易行的频谱分析对行星齿轮箱进行故障诊断。考虑齿轮制造误差和分布式故障对啮合振动的调幅调频作用、以及行星轮通过效应对振动测试信号的调幅作用,建立了行星齿轮箱正常和分布式故障... 详细信息

深入透彻地了解振动信号的频谱结构,有助于通过简单易行的频谱分析对行星齿轮箱进行故障诊断。考虑齿轮制造误差和分布式故障对啮合振动的调幅调频作用、以及行星轮通过效应对振动测试信号的调幅作用,建立了行星齿轮箱正常和分布式故障状态下的振动信号模型,推导了频谱解析表达式。给出了太阳轮、行星轮和齿圈分布式故障特征频率的计算公式。通过实验信号分析验证了上述理论分析结果,基于频谱分析诊断了自然产生发展的齿轮分布式故障。

关键词：风力机行星齿轮箱分布式故障振动信号模型特征频率调制频谱

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行星齿轮箱齿轮局部故障振动频谱特征

中国电机工程学报 2013年第5期33卷 119-127,19页

作者：冯志鹏赵镭镭褚福磊北京科技大学机械工程学院北京市海淀区100083 清华大学精密仪器与机械学系北京市海淀区100084

齿轮局部损伤在齿轮箱故障中占有很大比例,其频谱特征与分布式故障具有明显区别。研究太阳轮、行星轮和齿圈局部故障振动信号的频谱结构对于行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑齿轮局部故障对啮合振动的调幅调频率作用、以及振动传... 详细信息

齿轮局部损伤在齿轮箱故障中占有很大比例,其频谱特征与分布式故障具有明显区别。研究太阳轮、行星轮和齿圈局部故障振动信号的频谱结构对于行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑齿轮局部故障对啮合振动的调幅调频率作用、以及振动传递路径变化对振动测试信号的调幅作用,建立了行星齿轮箱局部故障振动信号模型,推导了频谱解析表达式。给出了太阳轮、行星轮和齿圈局部故障特征频率的计算公式。通过实验信号分析验证了理论推导结果,应用频谱分析方法分别诊断出了太阳轮、行星轮和齿圈局部故障。

关键词：风力机行星齿轮箱局部故障振动信号模型特征频率频谱

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行星齿轮箱耦合调制振动信号分离与故障诊断

航空动力学报 2018年第5期33卷 1112-1120页

作者：陈伟王友仁孙灿飞孙权王俊南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对故障状态下行星齿轮箱振动信号通常表现为稳态调制和冲击调制成分耦合问题,建立不同求解模型,提出耦合调制振动信号分离方法。应用稀疏全变分模型实现冲击调制成分分离,采用改进的非对称惩罚函数,根据峭度系数与方均根系数指标构建... 详细信息

针对故障状态下行星齿轮箱振动信号通常表现为稳态调制和冲击调制成分耦合问题,建立不同求解模型,提出耦合调制振动信号分离方法。应用稀疏全变分模型实现冲击调制成分分离,采用改进的非对称惩罚函数,根据峭度系数与方均根系数指标构建正则化参数优选策略,采用受控极小化(majorization-minimization,MM)方法进行模型求解;采用基追踪实现稳态调制成分分离。试验结果分析表明:该方法在噪声D为0.15的信号中能快速分离出微弱冲击调制成分,算法迭代次数少、收敛效果好。

关键词：行星齿轮箱耦合调制全变分模型故障诊断受控极小化

行星齿轮箱故障诊断的非平稳振动信号分析方法

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中国电机工程学报 2013年第17期33卷 105-110,19页

作者：冯志鹏范寅夕 LIANG Ming 褚福磊北京科技大学机械工程学院北京市海淀区100083 渥太华大学机械工程系清华大学精密仪器与机械学系北京市海淀区100084

时变工况下行星齿轮箱的振动信号具有非平稳性和调频特点,常规频谱和解调分析方法难以识别故障特征频率。研究了基于自适应多尺度线性调频小波分解的行星齿轮箱故障诊断,利用自适应多尺度线性调频小波分解方法在分析时变调频信号方面的... 详细信息

时变工况下行星齿轮箱的振动信号具有非平稳性和调频特点,常规频谱和解调分析方法难以识别故障特征频率。研究了基于自适应多尺度线性调频小波分解的行星齿轮箱故障诊断,利用自适应多尺度线性调频小波分解方法在分析时变调频信号方面的优势,以及基于线性调频小波的时频分布分辨率高、无交叉项干扰的优点,分析了行星齿轮箱时变工况下的故障实验信号,识别了时变的特征频率,诊断出了齿轮故障。

关键词：风力机行星齿轮箱故障诊断非平稳线性调频小波时频分析