浏览全部资源
扫码关注微信
行星轮系早期故障诊断的研究与进展
Research and Development of Early Faults Diagnosis of Planetary Gear Trains
- 机械传动 2023年47卷第3期 页码：156-164
- 作者机构：
1.武昌工学院 智能制造学院， 湖北 武汉 430065
2.绿色风机制造湖北省协同创新中心， 湖北 武汉 430065
- 作者简介：
范志锋（1978— ），男，湖北武穴人，博士，教授；研究方向为机械系统设计与故障诊断技术；sjzfzf78@qq.com。
- 基金信息：湖北省教育厅科学研究计划项目(B2021328)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.03.021
中图分类号：纸质出版日期：2023-03-15，
收稿日期：2022-02-22，
修回日期：2022-04-13，
扫 描 看 全 文
范志锋,张融,王婷等.行星轮系早期故障诊断的研究与进展[J].机械传动,2023,47(03):156-164.
Fan Zhifeng,Zhang Rong,Wang Ting,et al.Research and Development of Early Faults Diagnosis of Planetary Gear Trains[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(03):156-164.
范志锋,张融,王婷等.行星轮系早期故障诊断的研究与进展[J].机械传动,2023,47(03):156-164. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.03.021.
Fan Zhifeng,Zhang Rong,Wang Ting,et al.Research and Development of Early Faults Diagnosis of Planetary Gear Trains[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(03):156-164. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.03.021.
摘要
行星轮系是重要的旋转机械部件，对其早期故障进行诊断是避免重大事故发生的重要手段。行星轮系早期故障诊断已经成为学者研究的焦点。分析了行星轮系早期故障信号的特点，梳理了行星轮系早期故障机理、信号获取方法、故障特征提取与识别的研究现状；归纳总结了早期故障诊断研究存在的主要问题，提出了开展基于动力学模型的早期复合故障机理研究、基于多传感器的早期故障信号获取方法研究、基于多域分析的早期故障特征指标研究、基于数值模型驱动的早期故障诊断研究等方面的建议；为进一步开展行星轮系早期故障诊断的研究提供依据。
Abstract
The planetary gear train is an important rotating mechanical component
and its early faults diagnosis is an important means to avoid major accidents. Early faults diagnosis of planetary gear trains is bound to become the focus of scholars. The characteristics of early faults signals of planetary gear trains are analyzed
the research status of the early faults mechanism
signal acquisition methods
faults feature extraction and identification of planetary gear trains are combed
and the main problems in early faults diagnosis are summarized. Some suggestions are put forward
such as the research of early compound faults mechanism based on the dynamic model
the research of early faults signal acquisition method based on the multi-sensor
the research of early faults characteristic index based on multi-domain analysis
the research of early faults diagnosis based on numerical model and so on. It can be used as a reference for further research on early faults diagnosis of planetary gear trains.
关键词
行星轮系早期故障动力学建模信号分析与识别现状与发展
Keywords
Planetary gear trainEarly faultsDynamic modelingSignal analysis and recognitionStatus and development
references
HAN J C，LIU Y H，LIANG L，et al.Dynamic analysis of a fault planetary gear system under nonlinear parameter excitation［J］.Shock and Vibration，2021，2021：1787525.
徐晋宏，魏秀业，贺妍，等.基于CEEMDAN样本熵与PNN的行星齿轮故障诊断［J］.机床与液压，2021，49（20）：179-183.
XU Jinhong，WEI Xiuye，HE Yan，et al.Fault diagnosis of planetary gear based on CEEMDAN sample entropy and PNN［J］.Machine Tool & Hydraulics，2021，49（20）：179-183.
焦雷.行星齿轮的非平稳早期故障诊断研究［D］.北京：北京信息科技大学，2021：1-2.
JIAO Lei.Study on non-stationary early fault diagnosis of planetary gear［D］.Beijing：Beijing Information Science & Technology University，2021：1-2.
程鹏.行星齿轮点蚀故障刚度计算方法研究及动力学建模［D］.成都：电子科技大学，2016：67.
CHENG Peng.Research on mesh stiffness calculation method of planetary gearbox with gear pitting and dynamic modeling［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2016：67.
冯志鹏，褚福磊.行星齿轮箱齿轮分布式故障振动频谱特征［J］.中国电机工程学报，2013，33（2）：118-125.
FENG Zhipeng，CHU Fulei.Vibration spectral characteristics of distributed gear fault of planetary gearboxes［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33（2）：118-125.
王波，王志乐.变工况下太阳轮故障的非平稳振动信号分析［J］.太阳能学报，2020，41（7）：298-303.
WANG Bo，WANG Zhile.Analysis of sun gear fault non-stationary vibration signals under variable working conditions［J］.Acta Energiae Solaris Sinica，2020，41（7）：298-303.
梁晓玉，徐玉秀，邢钢，等.行星齿轮传动系统复杂微弱故障的非线性特性［J］.机械科学与技术，2015，34（4）：538-543.
LIANG Xiaoyu，XU Yuxiu，XING Gang，et al.Nonlinear characteristics of complex weak faults of planetary gear transmission system［J］.Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering，2015，34（4）：538-543.
YUKSEL C，KAHRAMAN A.Dynamic tooth loads of planetary gear sets having tooth profile wear［J］.Mechanism and Machine Theory，2004，39（7）：695-715.
CHAARI F，FAKHFAKH T，HADDAR M.Dynamic analysis of a planetary gear failure caused by tooth pitting and cracking［J］.Journal of Failure Analysis and Prevention，2006，6（2）：73-78.
KAHRAMAN A，DING H L.A methodology to predict surface wear of planetary gears under dynamic conditions［J］.Mechanics Based Design of Structures and Machines，2010，38（4）：493-515.
CHEN Z G，SHAO Y M.Dynamic features of a planetary gear system with tooth crack under different sizes and inclination angles［J］.Journal of Vibration and Acoustics，2013，135（3）：031004.
LIANG X H，ZUO M J.Dynamic simulation of a planetary gear set and estimation of fault growth on the sun gear［C］//Proceedings of 2013 International Conference on Quality，Reliability，Risk，Maintenance，and Safety Engineering，Chengdu，China，2013：1667-1672.
FENG Z P，ZUO M J.Fault diagnosis of planetary gearboxes via torsional vibration signal analysis［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2013，36（2）：401-421.
WEINBERGER U，FROMBERGER M，OTTO M，et al.Influence of pitting on total transmission error of a planetary gear stage［C］//Proceedings of the INTER-NOISE 2016-45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering：Towards a Quieter Future，2016：6545-6553.
XU X Y，DONG S J，LIAO C R，et al.Research on dynamical characteristics of planetary gear system with tooth pitting［J］.Journal of Vibroengineering，2016，18（7）：4419-4429.
INALPOLAT M.Simulation of planetary gears with pitting under dynamic conditions［C］//Proceedings of the ASME International Design Engineering Conferences and Computers and Information in Engineering Conference，2017：1-6.
WU S J，ZHANG H B，WANG X S，et al.Influence of the backlash generated by tooth accumulated wear on dynamic behavior of compound planetary gear set［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part C：Journal of Mechanical Engineering Science，2017，231（11）：2025-2041.
WANG X，LI L，ZHAO X F.Transmission characteristics of planetary gear wear in multistage gear transmission system［J］.Journal of Vibroengineering，2019，21（5）：1308-1321.
任川，崔宝珍，王斌.基于ADAMS的行星轮磨损故障仿真研究［J］.制造技术与机床，2019（8）：113-116.
REN Chuan，CUI Baozhen，WANG Bin.Simulation study on failure of planetary wheel wear based on ADAMS［J］.Manufacturing Technology & Machine Tool，2019（8）：113-116.
肖正明，郇立荣，曹金鑫.裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响［J］.振动与冲击，2020，39（2）：188-194.
XIAO Zhengming，XUN Lirong，CAO Jinxin.Influence of crack fault on the dynamical characteristics of a planetary gear transmission system［J］.Journal of Vibration and Shock，2020，39（2）：188-194.
刘振，孔德同，赵明，等.裂纹损伤行星轮系的编码器信号响应特性［J］.西安交通大学学报，2020，54（2）：43-50.
LIU Zhen，KONG Detong，ZHAO Ming，et al.Encoder signal response characteristics of planetary gear sets with cracks［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2020，54（2）：43-50.
SHEN Z X，QIAO B J，YANG L H，et al.Fault mechanism and dynamic modeling of planetary gear with gear wear［J］.Mechanism and Machine Theory，2021，155：104098.
张荣华，曹莉，周建星，等.行星齿轮传动的齿面动态磨损特性［J］.西安交通大学学报，2021，55（8）：42-49.
ZHANG Ronghua，CAO Li，ZHOU Jianxing，et al.Dynamic tooth surface wear characteristics of planetary gear transmission［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2021，55（8）：42-49.
李国彦，沈奇，牛蔺楷，等.内齿圈裂纹扩展对复合两级行星轮系均载特性的影响研究［J］.振动与冲击，2021，40（12）：275-282.
LI Guoyan，SHEN Qi，NIU Linkai，et al.Influence of a ring gear with crack propagation on load sharing behaviors of compound planetary gear set［J］.Journal of Vibration and Shock，2021，40（12）：275-282.
LIU X Z.Vibration modelling and fault evolution symptom analysis of a planetary gear train for sun gear wear status assessment［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2022，166：108403.
BARSZCZ T，RANDALL R B.Application of spectral kurtosis for detection of a tooth crack in the planetary gear of a wind turbine［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2009，23（4）：1352-1365.
胡茑庆，程哲.行星轮系点蚀损伤建模与特征提取方法［C］//第9届全国转子动力学学术讨论会ROTDYN'2010论文集，中国贵州贵阳：［出版者不详］，2010：77-79.
HU Niaoqing，CHENG Zhe.Pitting damage modeling and feature extraction of planetary gear system［C］//ROTDYN'2010 Proceedings of the 9th National Symposium on Rotor Dynamics，China，Guizhou Guiyang：［s.n.］，2010：77-79.
YU J.Early fault detection for gear shaft and planetary gear based on wavelet and hidden Markov modeling［D］.Toronto：University of Toronto （Canada），2012：1-3.
程哲，胡茑庆，高经纬.基于物理模型和修正灰色模型的行星轮系疲劳裂纹故障预测方法［J］.机械工程学报，2011，47（9）：78-84.
CHENG Zhe，HU Niaoqing，GAO Jingwei.Prognosis of fatigue crack in planetary gear sets based on physical model and modified gray theory［J］.Journal of Mechanical Engineering，2011，47（9）：78-84.
PATRICK R，FERRI A，VACHTSEVANOS G.Effect of planetary gear carrier-plate cracks on vibration spectrum［J］.Journal of Vibration and Acoustics，2012，134（6）：061001.1-061001.12.
胡媛媛，赵长梅，吴疆.风电机组齿轮箱行星轮点蚀故障下传出振动信号的理论推导［J］.仪器仪表与分析监测，2013（3）：31-33.
HU Yuanyuan，ZHAO Changmei，WU Jiang.Theoretical derivation about output shaft vibration signal on the pitting fault of planetary wheel of planetary gear box wind turbine［J］.Instrumentation·Analysis·Monitoring，2013（3）：31-33.
张斌.行星齿轮箱扭振信号检测及故障诊断［D］.南昌：南昌航空大学，2016：2-27.
ZHANG Bin.Torsional vibration signal measuring and fault diagnosis of planetary gear box［D］.Nanchang：Nanchang Hangkong University，2016：2-27.
XUE S，HOWARD I.Torsional vibration signal analysis as a diagnostic tool for planetary gear fault detection［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2018，100：706-728.
LIANG J Y，DAI J C，NIU H，et al.Dynamic simulation of tooth root crack failure in planetary gearbox based on torsional vibration signal［C］//2020 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation（ICMA），2020：1963-1968.
魏伟，李云鹏，杨衍帅.基于扭转振动信号的行星齿轮箱齿根裂纹故障动力学仿真［J］.机械传动，2021，45（10）：164-169.
WEI Wei，LI Yunpeng，YANG Yanshuai.Dynamic simulation analysis of tooth root crack fault of planetary gearbox based on torsional vibration signal［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（10）：164-169.
LIU L S，CHEN L Q，WANG Z L，et al.Early fault detection of planetary gearbox based on acoustic emission and improved variational mode decomposition［J］.IEEE Sensors Journal，2021，21（2）：1735-1745.
YAO J C，LIU C，SONG K Y，et al.Fault detection of complex planetary gearbox using acoustic signals［J］.Measurement，2021，178：109428.
彭金成.基于振动—声发射的风力发电机传动系统疲劳损伤辨识研究［D］.长春：长春大学，2017：19-29.
PENG Jincheng.Research on fatigue damage identification of wind turbine transmission system based on vibration-acoustic emission［D］.Changchun：Changchun University，2017：19-29.
LEAMAN F，BALTES R，CLAUSEN E.Comparative case studies on ring gear fault diagnosis of planetary gearboxes using vibrations and acoustic emissions［J］.Forschung im Ingenieurwesen，2021，85（4）：619-628.
霍威.风电齿轮箱在线油液磨粒检测系统研究［D］.北京：北京交通大学，2014：57.
HUO Wei.Research on online monitoring system of wear debris in wind turbine gearbox［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2014：57.
刘国春，章翔峰，周建星，等.行星齿轮传动系统动态温度场数值分析与实验研究［J］.西安交通大学学报，2022，56（12）：174-183.
LIU Guochun，ZHANG Xiangfeng，ZHOU Jianxing，et al.Numerical analysis and experimental study on dynamic temperature field of planetary gear transmission system［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2022，56 （12）：174-183.
CHENG Z，HU N Q，GU F，et al.Pitting damage levels estimation for planetary gear sets based on model simulation and grey relational analysis［J］.Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering，2011，35（3）：403-417.
NEJAD A R，ODGAARD P F，GAO Z，et al.A prognostic method for fault detection in wind turbine drivetrains［J］.Engineering Failure Analysis，2014，42：324-336.
LIANG X H，ZUO M J，HOSEINI M R.Vibration signal modeling of a planetary gear set for tooth crack detection［J］.Engineering Failure Analysis，2015，48：185-200.
桂勇，韩勤锴，李峥，等.风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断［J］.振动.测试与诊断，2016，36（1）：169-175.
GUI Yong，HAN Qinkai，LI Zheng，et al.The fault diagnosis of cracks in the planetary gear system of wind turbine［J］.Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis，2016，36（1）：169-175.
李宏宇.行星齿轮早期故障诊断及退化状态识别方法研究［D］.徐州：中国矿业大学，2017：8-9.
LI Hongyu.Research on early fault diagnosis and degradation state identification methods of planetary gears［D］.Xuzhou：China University of Mining & Technology，2017：8-9.
李海平，赵建民，张鑫，等.行星齿轮箱齿轮磨损故障诊断［J］.振动与冲击，2019，38（23）：84-89.
LI Haiping，ZHAO Jianmin，ZHANG Xin，et al.Fault diagnosis for gear wear of planetary gearbox［J］.Journal of Vibration and Shock，2019，38（23）：84-89.
BERLATO F，D'ELIA G，BATTARRA M，et al.Condition monitoring indicators for pitting detection in planetary gear units［J］.Diagnostyka，2020，21（1）：3-10.
贺妍，王宗彦.基于SFLA-BP模型和KPCA特征提取的行星齿轮箱故障诊断［J］.机械强度，2020，42（2）：263-269.
HE Yan，WANG Zongyan.Fault diagnosis of the planetary gearbox based on SFLA-BP model and KPCA feature extraction［J］.Journal of Mechanical Strength，2020，42（2）：263-269.
CAO W，YAN J Y，JIN Z L，et al.Image denoising and feature extraction of wear debris for online monitoring of planetary gearboxes［J］.IEEE Access，2021，9：168937-168952.
HE Y，YE L Z，ZHU X J，et al.Feature extraction based on PSO-FC optimizing KPCA and wear fault identification of planetary gear［J］.Journal of Mechanical Science and Technology，2021，35（6）：2347-2357.
毕浩程，蒋章雷，李宇恒，等.基于1.5维谱活跃频率的行星齿轮箱磨损故障诊断研究［J］.机电工程，2021，38（10）：1305-1310.
BI Haocheng，JIANG Zhanglei，LI Yuheng，et al.Wear fault diagnosis of planetary gearbox based on active frequency of 1.5-dimensional spectrum［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering，2021，38（10）：1305-1310.
冯郝铭.基于机器学习的风电齿轮箱早期故障诊断研究［D］.杭州：浙江理工大学，2021：6-7.
FENG Haoming.Research on early fault diagnosis of wind turbine gearbox based on machine learning［D］.Hangzhou：Zhejiang Sci-Tech University，2021：6-7.
吴守军，冯辅周，吴春志，等.一种行星齿轮裂纹深度评估新特征及其应用［J］.北京理工大学学报，2022，42（1）：28-35.
WU Shoujun，FENG Fuzhou，WU Chunzhi，et al.A new crack depth evaluation feature of planetary gear and its application［J］.Transactions of Beijing Institute of Technology，2022，42（1）：28-35.
0
浏览量
15
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies