基于光纤光栅技术的齿轮故障诊断研究

发布时间：2020-10-31 18:34

　　 齿轮是机械传动系统中十分重要的一种传动零件,齿轮本身工作环境一般都比较恶劣导致其极易发生故障,进而引起整个机械设备的停机,造成巨大经济损失,甚至导致人员伤亡等严重后果。随着科学技术的发展,机械设备的故障诊断方法也日新月异,为了更好的对齿轮故障进行监测识别与诊断,对齿轮故障的检测分析方法还需不断的进行研究和探索。光纤光栅技术是近些年来新发展起来的一种测试技术,因此本论文将光纤光栅测试技术用于齿轮故障诊断,并通过测试分析验证其应用的可行性及有效性。首先,分析了齿轮啮合工作的振动机理和振动特征及故障诊断的常用方法,论述了光纤光栅传感技术的工作原理及光纤光栅的传感特性。根据齿轮故障诊断的需要,搭建了齿轮故障诊断试验台,并通过实验台采用振动传感器对齿轮三种状态即齿轮断齿、磨损和正常工况下的振动信号进行采集,通过时域波形分析判断齿轮各不同工况下的振动信号特征,分别采用频域分析中的幅值谱、功率谱、倒频谱和包络谱等分析方法,研究了齿轮振动信号的各种成分与特点,通过对比分析可比较清楚了解各种频谱分析方法对齿轮不同故障的识别诊断能力及特点。其次根据光纤光栅技术原理,在齿轮齿根处布置光纤光栅传感器,实现了在不同转速下对各工况齿轮齿根处应变的实时检测,并通过光纤滑环完成了光信号从齿轮箱内的旋转体到齿轮箱外解调仪的信号传输。然后通过光纤耦合模理论分析了齿轮不同测点的应力应变变化关系,以及不同转速下各种故障齿根处应变的变化特征。最后通过对比分析光纤光栅测试所得的齿轮齿根处应变的变化情况,得出了齿轮断齿、磨损和正常工况下的实际应变变化特征。结果表明通过实验测试及分析所得结论与实际故障设置情况基本一致,探究了齿轮故障的振动特征与应变特征的内在关联程度,实现了光纤光栅传感技术在旋转机械齿轮故障诊断中的应用,同时也验证了光纤光栅传感技术在齿轮故障诊断中应用的可行性和有效性。丰富了齿轮故障诊断监测方法,为后续的研究工作提供了新的思路。
【学位单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

2 齿轮故障机理及常用诊断方法2. 齿轮故障机理及常用诊断方法理及故障类型理身结构和工作啮合原理的特点，齿轮工作产生的动信号故障诊断识别时，我们通常很难建立完析选择正确的分析方法尤其重要，通常会将其虑齿轮啮合时齿面摩擦力的影响，只是把它抽的振动系统，则齿轮轮齿啮合系统的物理模型

(a)直齿轮 (b)斜齿轮图 2.2 啮合刚度变化曲线Fig.2.2 Mesh stiffness variation curve由式（2.2）易知如果已知啮合齿轮副的转频和其齿数，可以得出齿轮啮频率计算公式为：11 1 2 2 160cnf Nf z Nf z N z（2.2其中：1f 为主动轮转频2f 为从动轮对应的转频（Hz ），1n 为主动轮转速2n 为从轮转速（r/min），1z 为主动轮齿数2z 为从动轮的齿数。所以不论齿轮是否发生故障，工作中的齿轮啮合频率必然一直存在，其区是振动的幅值有所差异。当齿轮故障时，故障信号会以啮合频率为载体呈现。

正常齿轮振动信号频谱特征图
【参考文献】

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2 魏永久;刘盛春;;应用光纤传感器在线监测动车组齿轮箱和万向轴的探讨[J];铁道机车车辆;2013年01期

3 李彩华;滕云田;李小军;;分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计[J];地震工程与工程振动;2012年01期

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本文编号：2864340