【摘 要】
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行星传动在工业机器人RV齿轮箱等机械设备中应用广泛,其能承载较大的载荷,体积小但具有较大的传动比。由于工作环境恶劣,行星传动的关键旋转部件(如齿轮、轴承等)经常发生局部故障。关键旋转部件产生故障将使齿轮箱的运行状态受到影响,程度较轻时会造成生产链停滞,影响生产;故障程度较大则会产生严重的生产事故,造成较大的影响。因此,进行行星传动系统的故障检测方法研究,对避免由于齿轮故障而引起的机械安全事故具有重
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于瞬时角参量测试的工业机器人RV齿轮箱关键零部件局部故障检测”(项目批准号:52165067); 云南省重点领域科技计划项目“工业机器人关键技术研究及其在智能制造中的应用示范”(项目批准号:202002AC080001);
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行星传动在工业机器人RV齿轮箱等机械设备中应用广泛,其能承载较大的载荷,体积小但具有较大的传动比。由于工作环境恶劣,行星传动的关键旋转部件(如齿轮、轴承等)经常发生局部故障。关键旋转部件产生故障将使齿轮箱的运行状态受到影响,程度较轻时会造成生产链停滞,影响生产;故障程度较大则会产生严重的生产事故,造成较大的影响。因此,进行行星传动系统的故障检测方法研究,对避免由于齿轮故障而引起的机械安全事故具有重要意义。行星传动是一个典型的复合运动,导致其振动信号在运行过程中产生复杂的调制及多元耦合现象。另一方面,由于行星轮在运行过程中其位置不断发生变化,导致定点采集的振动信号其传递路径也随着行星轮不断变化,会削弱齿轮故障信息,加大齿轮故障特征检测的难度。本论文针对行星传动受时变传递路径影响导致所需数据量大且故障检测算法复杂的问题,研究适用于较少旋转圈数工况下的行星传动齿轮故障检测方法。振动信号是旋转机械故障特征检测的有效手段,在行星传动齿轮故障检测方法中,传统的加窗振动分离是消除行星传动时变传递路径的技术,但该方法计算时需要大量数据,不适合只有较少旋转圈数的场合。为此,本文提出一种基于局部同步拟合和窄带解调的行星传动齿根裂纹故障检测方法。该方法首先对行星齿轮箱振动信号角域重采样,再通过局部同步拟合技术估计出确定性分量;随后,基于研究中提出的啮合谐波能量比最大准则自动选择包含齿轮故障信息较丰富的滤波阶次频带,并进行窄带解调;最后,通过幅值解调和相位解调揭示齿轮故障特征。另一方面,瞬时角速度信号在行星齿轮传动中不存在时变传递路径的问题具有较高的信噪比。为此,本文提出一种基于瞬时角速度信号改进互相关阶次谱的太阳轮故障检测方法。首先,通过轴编码器采集角度编码信号,利用向前差分法将角度编码信号转换成瞬时角速度信号;随后,分别获取包含故障信息的窄带包络信号和Teager能量算子信号;最后,将窄带包络信号和Teager能量算子信号进行互相关分析,通过互相关阶次谱检测太阳轮齿根裂纹故障特征。本文以单级行星齿轮箱为研究对象,通过实验台验证本文所提方法的有效性,并与常用的行星传动系统齿轮故障检测方法进行对比,证明了本文所提方法在行星传动齿轮故障检测中的有效性。
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