基于理论与实验信号传递模型的行星齿轮故障特征研究

发布时间：2020-07-26 16:13

【摘要】：风电机组齿轮箱的实测信号成分复杂,这使得原本特征微弱的行星齿轮故障信号更加难以提取。但是,由于齿轮箱多级传动之间的互相影响,行星齿轮故障会在故障信号传递过程中引起较明显的连带故障。故基于理论与实验信号建立信号传递模型,分析研究行星齿轮故障及其连带故障的传递特征。以WTDS风电机组传动系统故障诊断综合实验台为研究对象,对正常、行星齿轮均匀磨损故障、行星齿轮断齿故障以及行星齿轮均匀磨损-断齿耦合故障四种工作状态进行模拟实验,分别从定轴齿轮箱、行星齿轮箱的箱体表面获取振动信号。通过处理并分析对比,提取实验信号中由行星齿轮故障引起的未知故障频率。基于齿轮传动机理,考虑传动轴的柔性、时变啮合刚度和综合啮合误差,忽略箱体、轴承等因素,采用集中参数法建立了正常状态下多级齿轮传动系统纯扭转动力学模型,并在此模型基础上获得行星齿轮均匀磨损故障、行星齿轮断齿故障以及行星齿轮均匀磨损—断齿耦合故障状态下的动力学模型,依牛顿—欧拉方法导出振动微分方程,并用龙格—库塔法求得不同状态下各级齿轮啮合的理论振动加速度响应。根据系统辨识理论,以求得的多级齿轮箱内各齿轮副啮合处的理论振动加速度响应为输入,以齿轮箱体表面的实测信号为输出,将多级齿轮箱建模成四输入单输出系统,分别建立正常、行星齿轮均匀磨损故障、行星齿轮断齿故障以及行星齿轮均匀磨损—断齿耦合故障四种工作状态下的信号传递ARX模型,获得传递函数估计。通过对传递函数幅频特性曲线的分析,找到了行星齿轮故障状态下振动信号功率谱中未知故障频率的来源,并对行星齿轮故障特征及传递特性进行了一定的总结,可对特征微弱且难以提取的行星齿轮故障诊断起到指导作用。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.425
【图文】：

逑知故障频率的来源，完善行星齿轮故障特征研宄。逡逑研究内容结构框架图如图１－１所示。逡逑风电机组齿轮箱故逡逑障模拟实验台逡逑逦＜／逡逑建立多级齿轮传动系／逦＼逡逑统动力学灥ｙ逡逑＇求解不同状态下ｉ级齿轮ｆ提取行ｉ齿轮不同故＇逡逑箱内各齿轮副啮合处理论逦障状态下产生的未知逡逑振动信号逦Ｊ邋Ｌ故障频率逦ｖ逡逑，＼逦／＇逡逑＜基于理论与实验信号建立不同状态＼逡逑下的信号传递模型，获得传递函数逡逑估计，分析行星齿轮故障及连带故逡逑障的传递特性邋逦逡逑图１－１研宄内容框架图逡逑６逡逑

行模拟实验，既可以模拟正常状态，也可以通过更换故障齿轮模拟各种故障状态，逡逑并在此基础上进行齿轮故障传递特性分析及故障诊断，不仅具有可行性，而且能逡逑为研宄提供极大的便捷。ＷＴＤＳ风电机组传动系统故障诊断综合实验台如图２－１逡逑所示。逡逑：＿＿＿１２逦＾逦－４逦５逦６逡逑１邋一三相交流异步电机：２—扭矩传感器和编码器：３—二级定轴齿轮箱：逡逑４一轴承径向负载：５—一级行星齿轮箱；６■－磁力制动器逡逑图２－１邋ＷＴＤＳ风电机组传动系统故障诊断综合实验台逡逑实验台的相关电气参数如表２－１所示。逡逑逦表２－１实验台相关电气参数逦逡逑发动机逦１马力的３相电动机逦逡逑驱动逦３马力的变频交流驱动器逦逡逑ＲＰＭ转速范围逦０￣５０００转／分逦逡逑带ＬＥＤ数显的内置转速计和一个用于数据采集的脉冲式模拟ＴＴＬ输逡逑转速计逡逑逦＾逦逡逑逦逦２３０Ｖ邋交流电，单相，６０／５０Ｈｚ逦逡逑

逑实验台多级齿轮传动系统按转速高低分为高速级、中速级和低速级三个部分，逡逑高、中速级位于定轴齿轮箱内，低速级位于行星齿轮箱内，其结构简图如图２－２逡逑所示。逡逑Ｔ邋＼Ｘ＾＿Ｔ逦ＺＺＺ／邋一一逦ｋ＼＼＼逦＿逡逑ｍ邋／７７７逦１逦４邋￣ＸＸＸＳ邋￣￣邋５逦Ｙ７７７逦Ｔ＜ｍｔ逡逑＼＼＼＼逦／／／／逡逑／邋／邋／／逦２邋３逦ｗ＼＼逡逑Ｔｍ—输入轴转矩：Ｔｏｕｔ￣输出轴转矩；逡逑１邋一高速级主动齿轮；２—高速级从动齿轮；３—中速级主动齿轮；４—中速级从动齿轮：逡逑＾一太阳轮：星轮；ｒ一齿圈（固定＾行星架逡逑图２－２实验台多级齿轮传动系统结构简图逡逑行星齿轮箱内的４个行星齿轮的分布情况，如图２－３所示。值得说明的是，逡逑当实验台行星齿轮箱内两个行星齿轮同时故障时，两单一故障行星齿轮的分布有逡逑两种形式：相邻与相对。相邻指两故障齿轮中心与太阳轮中心连线成直角，如行逡逑星齿轮１、２分布所示；相对指两故障齿轮中心与太阳轮中心连线在一条直线上，逡逑如行星齿轮１、３所示。逡逑图２－３行星齿轮分布图逡逑参照实验台技术说明书中相关信息，并加以测算，得到各齿轮的主要参数，逡逑８逡逑

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本文编号：2770991