一种齿轮故障模拟实验台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种齿轮故障模拟实验台，包括底座、驱动电机、输入端转速扭矩测量模块、测试齿轮箱、输出端转速扭矩测量模块、减速箱、负载电机、振动加速度传感器、电机变频系统和工控机，通过电机变频系统控制驱动电机所输出的转矩、转速以及控制负载电机的输出负载，并采集测试齿轮箱的运动状态数据，可以实现不同转速、转矩和负载的情况下实际工况模拟。通过振动加速度传感器固定安装在测试齿轮箱每个轴的轴承座上，可以实现多级齿轮箱的齿轮故障模拟。通过工控机提取时域参数再通过频域分析，然后基于小波包的共振解调特征分析确定故障特征频率，最后采用BP神经网络进行故障诊断，提高了齿轮故障振动特征提取的准确性。提高了齿轮故障振动特征提取的准确性。提高了齿轮故障振动特征提取的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮故障模拟实验台


[0001]本技术涉及技术齿轮故障模拟领域，具体领域为一种齿轮故障模拟实验台。

技术介绍

[0002]齿轮是旋转机械中最常见的机械设备，其高效率、长寿命、承载能力强等优点使其广泛应用于航天工业、国防运输、金属制造等现代化工业。随着机械设备日趋复杂化、自动化和智能化，对机械设备正常运行提出了更高的要求。由于恶劣的工况环境和润滑不良等原因极易导致齿轮发生故障，一处零件的故障将会引发一系列的连锁反应，从而危害到整个系统的正常运行。现代工业生产过程中出现故障停机，除造成较巨大的经济损失之外，还极有可能产生人员伤亡，甚至威胁到社会人员安全。齿轮失效是诱发机器故障的一项重要因素。据统计，有齿轮导致的机械分别占故障占传动机械故障和旋转机械故障的80％和10％。可见，对齿轮的故障诊断进行研宄是必要且迫切的。
[0003]同时，从经济效益的角度出发，准确判断轴承和齿轮的状况并及时维修或更换将大大降低维护成本，提高设备的正常运转时间，从而设备的利用率得到改善。因此，研究齿轮故障诊断技术不仅具有科学研究意义，同时还具有实际应用价值。现有的齿轮故障模拟实验台多为实验教具，只能在单一工况下齿轮故障模拟，无法很好的复现机械设备运行的实际情况。也不能实现多级齿轮的故障模拟，故障模拟范围小。现有的齿轮故障模拟实验台也只能检测单一故障，而齿轮箱振动信号的成分十分复杂，除了易受外部随机干扰外，还包含了内部零部件的相互作用以及多个故障间的相互影响。尤其是当多个故障的振动强弱不平衡时，微弱故障容易被干扰噪声和强故障淹没，进而导致漏诊或误诊。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种齿轮故障模拟实验台，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种齿轮故障模拟实验台，包括底座、驱动电机、输入端转速扭矩测量模块、测试齿轮箱、输出端转速扭矩测量模块、减速箱、负载电机、振动加速度传感器、电机变频系统和工控机，所诉驱动电机、输入端转速扭矩测量模块、测试齿轮箱、输出端转速扭矩测量模块、减速箱、负载电机和电机变频系统成U型通过安装座依次安装在底座的上，所诉驱动电机通过联轴器与输入端转速扭矩测量模块相连，所诉转输入端转速扭矩测量模块通过联轴器与测试齿轮箱的输入轴相连，所诉测试齿轮箱的输出轴通过联轴器与输出端转速扭矩测量模块相连，所诉输出端转速扭矩测量模块通过联轴器与减速箱输入轴相连；所诉减速箱的输出轴与输入轴在同一侧，所诉减速箱与负载电机之间通过联轴器进行联接，所诉振动加速度传感器固定安装在测试齿轮箱的轴承座上，所诉工控机通过PLC与电机变频系统通讯连接用于控制电机变频系统，所诉电机变频系统分别与驱动电机和负载电机通讯连接用于控制电机频率，所诉工控机分别与输入端转速扭矩测量模块、输出端转速扭矩测量模块和振动加速度传感器通讯连接。
[0006]优选的，所诉底座和安装座材料为经过退火处理的灰口铸铁。
[0007]优选的，所诉振动加速度传感器的数量至少为2个，且测试齿轮箱每个轴的轴承座上均安装有振动加速度传感器。
[0008]优选的，所诉安装座的底部设有长条状凹槽，所诉安装座通过T型螺栓和压板固定在底座上。
[0009]优选的，所诉驱动电机与输入端转速扭矩测量模块之间的联轴器和减速箱与输出端转速扭矩测量模块之间的联轴器选择梅花型弹性联轴器，所诉测试齿轮箱与输入端转速扭矩测量模块和输出端转速扭矩测量模块之间的联轴器选择凸缘联轴器，所诉减速箱与负载电机之间通过球笼式同步万向联轴器进行联接。
[0010]优选的，所诉工控机获取输入端转速扭矩测量模块、输出端转速扭矩测量模块和振动加速度传感器采集的齿轮故障信号数据进行特征提取，提取时域参数包括有量纲中的峰值、均值、最小值、均方根以及无量参数中的峰值因子、峭度因子、脉冲因子、裕度因子、波形因子时，通过频域分析对故障信号进行傅里叶变换和自功率谱分析得到固有频率及其边频带。基于小波包的共振解调特征分析确定故障特征频率，小波包的共振解调方法对故障信号进行小波包分解，选取低频小波包系数进行重构得到去噪信号，对重构信号进行共振解调分析，采用BP神经网络进行故障诊断，将提取的故障信号时域特征以及故障特征频率作为神经网络的输入，自动识别并确定轴承和齿轮的故障类型。
[0011]与现有技术相比，本技术的有益效果是：一种齿轮故障模拟实验台，通过电机变频系统控制驱动电机所输出的转矩、转速以及控制负载电机的输出负载，并采集测试齿轮箱的运动状态数据，可以实现不同转速、转矩和负载的情况下实际工况模拟，以此来对多种工况下的齿轮进行模拟。通过振动加速度传感器固定安装在测试齿轮箱每个轴的轴承座上，可以采集多个齿轮的数据，可以实现多级齿轮箱的齿轮故障模拟。通过工控机获取各传感器采集的齿轮故障信号数据进行特征提取，首先提取时域参数再通过频域分析得到固有频率及其边频带，然后基于小波包的共振解调特征分析确定故障特征频率，最后采用BP神经网络进行故障诊断，自动识别并确定轴承和齿轮的故障类型。解决了现有方法易受随机冲击和强故障循环平稳成分干扰而引起的误诊和漏诊问题，提高了齿轮故障振动特征提取的准确性。通过引入减速箱和球笼式同步万向联轴器将试验台传动路径对折，能够增加试验台的灵活度，减小试验场地面积，为满足多种测试工况需求提供支撑。
附图说明
[0012]图1为本技术的结构示意图；
[0013]图2为本技术通讯的示意图；
[0014]图3为本技术中的工控机故障分析的示意图。
[0015]图中：1底座、2驱动电机、3输入端转速扭矩测量模块、4测试齿轮箱、5输出端转速扭矩测量模块、6减速箱、7负载电机、8振动加速度传感器、9电机变频系统、10工控机、11安装座。
具体实施方式
[0016]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0017]现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0018]请参阅图1和图2，本技术提供一种技术方案：一种齿轮故障模拟实验台，包括底座1、驱动电机2、输入端转速扭矩测量模块3、测试齿轮箱4、输出端转速扭矩测量模块5、减速箱6、负载电机7、振动加速度传感器8、电机变频系统9和工控机10，所诉驱动电机2、输入端转速扭矩测量模块3、测试齿轮箱4、输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿轮故障模拟实验台，包括底座(1)、驱动电机(2)、输入端转速扭矩测量模块(3)、测试齿轮箱(4)、输出端转速扭矩测量模块(5)、减速箱(6)、负载电机(7)、振动加速度传感器(8)、电机变频系统(9)和工控机(10)，其特征在于：所诉驱动电机(2)、输入端转速扭矩测量模块(3)、测试齿轮箱(4)、输出端转速扭矩测量模块(5)、减速箱(6)、负载电机(7)和电机变频系统(9)成U型通过安装座(11)依次安装在底座(1)的上，所诉驱动电机(2)通过联轴器与输入端转速扭矩测量模块(3)相连，所诉转输入端转速扭矩测量模块(3)通过联轴器与测试齿轮箱(4)的输入轴相连，所诉测试齿轮箱(4)的输出轴通过联轴器与输出端转速扭矩测量模块(5)相连，所诉输出端转速扭矩测量模块(5)通过联轴器与减速箱(6)输入轴相连；所诉减速箱(6)的输出轴与输入轴在同一侧，所诉减速箱(6)与负载电机之间通过联轴器进行联接，所诉振动加速度传感器(8)固定安装在测试齿轮箱(4)的轴承座上，所诉工控机(10)通过PLC与电机变频系统(9)通讯连接用于控制电机变频系统(9)，所诉电机变频系统(9)分别与驱动电机(2)和负载电机(7)通讯连接用于控制电机频率，所诉工控机(10)分别与输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，胡泊，王薇，严世坦，廖王威，盛伟，杨瑶，
申请(专利权)人：南京赛宝工业技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：