一种一级行星二级平行轴齿轮箱故障检测方法

摘要

一种一级行星二级平行轴齿轮箱故障检测方法，所述方法首先利用振动加速度传感器采集齿轮箱输出轴端垂向振动加速度信号和水平振动加速度信号，并对采集的信号进行功率谱分析，然后将功率谱中的不同频率分量与齿轮箱正常振动数据样本中的对应频率分量相比较，从而判断风力发电机行星齿轮箱内部行星轮系的故障。本发明只需要在行星齿轮箱的输出轴端安装振动加速度传感器，而且只需对采集的振动信号进行功率谱分析就可以快速、准确地诊断出故障所在的位置。具有信号采集装置简单，操作方便，诊断结果准确等优点。

主权项

一种一级行星二级平行轴齿轮箱故障检测方法，其特征是，所述方法首先利用振动加速度传感器采集齿轮箱输出轴端垂向振动加速度信号和水平振动加速度信号，并对采集的信号进行功率谱分析，然后将功率谱中的不同频率分量与齿轮箱正常振动数据样本中的对应频率分量相比较，从而判断风力发电机行星齿轮箱内部行星轮系的故障；具体步骤如下：①采用振动加速度传感器测取一级行星二级平行轴齿轮箱输出轴端振动信号；②对振动信号进行功率谱分析；③将功率谱信号中的不同频率分量与一级行星二级平行轴齿轮箱正常振动数据样本中的对应频率分量相比较，判断一级行星二级平行轴齿轮箱行星轮系的故障：a. 功率谱中若含有KZ₁f₁±mf_r±f₂±f₃±f₄的频率成分，则表明行星轮系的内齿圈发生了故障；b. 功率谱中若含有KZ₁f₁±mf_p±f₂±f₃±f₄的频率成分，则表明行星轮系的行星轮发生了故障；c、功率谱中若含有KZ₁f₁±mf_s±f₂±f₃±f₄的频率成分，则表明行星轮系的太阳轮发生了故障；其中，Z₁为内齿圈的齿数，f₁为输入轴转动频率实时监测值，f₂为太阳轮轴转动频率实时监测值，f₃为第一级平行轴转动频率实时监测值，f₄为输出轴转动频率实时监测值，f_r为内齿圈故障特征频率，f_p为行星轮故障特征频率，f_s为太阳轮故障特征频率，K、m为在（0，∞）范围内变化的整数；所述步骤①中，测取振动信号的具体方法为：在一级行星二级平行轴齿轮箱输出轴端安装振动加速度传感器（5），振动加速度在输出轴端的安装分水平和垂直两个方向，通过不同方向采集齿轮箱输出轴端的振动信号，后续处理中不同方向的振动信号分类处理；所述步骤②中，对振动信号进行功率谱分析的具体方法为：根据振动调制机理，建立太阳轴输出轴振动啮合频率调制模型为：；其中，A为信号幅值，f₁为输入轴转动频率、f₂为太阳轴的转动频率，β为调频的调制系数，B为调频的调制系数；振动以上述调制形式作用于太阳轮2，经与太阳轮2连接的第一级平行轴3传递到太阳轮轴输出齿轮9，并间接作用在第一级平行轴输入齿轮10上，由于第一级平行轴3的转动频率为f₃，在三种振动的共同作用下，此处忽略传递过程中振幅的变化仅考虑频率特征，将会出现以f₃为调制信号，振动啮合频率调制模型为：；其中，f₃为第一级平行轴3的转动频率，振动以上述调制形式经第一级平行轴3传递给第一级平行轴输出齿轮11，并间接作用在输出轴齿轮12上，由于输出轴4的转动频率为f₄，在上述各种调制信号振动的共同作用下，此处忽略传递过程中振幅的变化仅考虑频率特征，将会出现以f₄为调制信号，此时振动啮合频率调制模型为：；其中，f4为输出轴4的转动频率，上述振动模型经傅里叶变换得到：；其中，Jm(β)为变量β的第一类Bessel函数；由上式可知，信号分别含有Z₁f₁、Z₁f₁±f₂、Z₁f₁±f₃、Z₁f₁±f₄、Z₁f₁±f₂±f₃、Z₁f₁±f₂±f₄、Z₁f₁±f₃±f₄、Z₁f₁±f₂±f₃±f₄的一组频率成分，对于齿轮的固有频率调制现象以及齿轮固箱有频率调制现象也有类似的结论，不过此处的Z₁f₁要替换为齿轮固有频率f_g和齿轮箱固有频率f_x；由上述啮合频率调制的推导类比出齿轮固有频率调制后，信号含有f_g、f_g±f₂、f_g±f₃、f_g±f₄、f_g±f₂±f₃、f_g±f₂±f₄、f_g±f₃±f₄、f_g±f₂±f₃±f₄的一组频率成分；箱体固有频率的调制后，信号含有f_x、f_x±f₂、f_x±f₃、f_x±f₄、f_x±f₂±f ₃、f_x±f₂±f₄、f_x±f₃±f₄、f_x±f₂±f₃±f₄的一组频率成分；考虑到太阳轮、内齿圈和行星轮同时存在的情况，以f_s、f_r和f_p分别代表太阳轮、内齿圈和行星轮的故障特征频率，信号经调制后会出现Z₁f₁±K₁f_s±K₂f_r±K₃f_p、f_g±K₁f_s±K₂f_r±K₃f_p和f_x±K₁f_s±K₂f_r±K₃f_p的振动分量，此时可以诊断出故障的具体位置，其中K₁、K₂、K₃为在（‑∞，∞）范围内变化的整数。