通過監測電機的定子電流實現齒輪的故障診斷

2017-04-13 14:44:57 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　齒輪是機械設備中最常見的傳動部件，同時也是種易損件。研究齒輪故障對降低機械設備的維修費用，提高產品質量都很有意義。齒輪的缺陷或故障（如齒面損傷、裂紋、過度磨損乃至斷齒等）最直接的動

核心提示：　　齒輪是機械設備中最常見的傳動部件，同時也是種易損件。研究齒輪故障對降低機械設備的維修費用，提高產品質量都很有意義。齒輪的缺陷或故障（如齒面損傷、裂紋、過度磨損乃至斷齒等）最直接的動力學行為是反映

　　齒輪是機械設備中最常見的傳動部件，同時也是種易損件。研究齒輪故障對降低機械設備的維修費用，提高產品質量都很有意義。齒輪的缺陷或故障（如齒面損傷、裂紋、過度磨損乃至斷齒等）最直接的動力學行為是反映在其傳動軸的扭轉振動上。本文圍繞驅動軸扭振的間接測量和振動信號的測量，以及這些信號的處理、故障特征提取等方面展開工作，但由于直接測量齒輪的扭轉振動比較困難且成本高，故作者提出了通過監測定子電流來實現對齒輪扭轉振動的間接測量新方法，通過提取定子電流的信號特征實現齒輪的故障診斷。其主要思路為：齒輪的扭轉振動通過回轉軸引起電機氣隙扭矩的波動，氣隙扭矩的變化通過定子磁通引起定子電流的變化，因此通過對定子電流的頻率成分的分析，就可以實現齒輪的故障頻率的識別。

　　1損傷齒輪的振動信號特征正常情況下，即齒輪良好嚙合時，齒輪傳動的振動主要是齒輪嚙合激勵振動，其主要成分為嚙合頻率及其諧波分量，其響應可表示為式中：x（t）為測得的振動信號X為第階嚙合頻率諧波分量幅值O為第階嚙合頻率諧波分量的相位f為齒輪嚙合頻率，f為齒輪所在軸的轉頻。

　　當齒輪存在偏心、點蝕和斷齒時，振動信號產生幅值調制，幅值調制是因為齒面載荷波動對振動幅值的影響引起的。由于電機轉速波動、齒輪加工誤差、尺廓變形和輪齒彎曲等，導致了綜合齒輪剛度的周期變化，使齒輪的振動產生頻率調制。事實上，同轉頻率為25Hz的齒輪故障引起的。經過拆箱檢查發現，齒輪1存在嚴重的點蝕磨損，與理論推斷致。

　　綜上可知，齒輪的扭振信息對齒輪的故障十分敏感，因此通過分析電機的定子電流監測齒輪的扭振就可以提取齒輪的故障特征。通過大量實驗可以找到齒輪由正常到輕微損傷到最終破壞時定子電流信號的變化規律，當掌握了定子電流在齒輪各損傷階段的信號變化特征時，就可以分辨出齒輪損傷的早期階段的故障特征，從而盡早采取措施排除故障。

　　另外，當負載變化時，其變化頻率亦可以通過傳動系統被定子電流測得。般情況下，負載變化頻率與齒輪的故障頻率是不相同的。這樣，在掌握了各齒輪的故障在定子電流的特征規律后，就可以進步分辨負載變化在定子電流中的特征，為測量負載的變化規律提供依據。

　　4結語本文從理論和實踐兩方面同時證明了通過監測定了電流間接監測齒輪的扭轉振動來實現齒輪的故障診斷的有效性和實用性。典型的齒輪故障診斷方法為通過安裝在軸承座上的加速度傳感感器測量齒輪的振動信號，提取信號特征，對齒輪的故障進行診斷。但是，這種方法方面受現場限制，安裝傳感器不方便，另外，振動信號由齒輪傳遞到傳感器的路徑復雜，傳遞函數和齒輪箱的數學模型不容易求得，故目前采用的方法多為定性研究。而采用本文所提出的理論就可以解決上述問題，同時還可以實現遠程診斷，具有較高的使用價值。