CN110231167A - 一种双齿轮箱故障诊断试验台 - Google Patents

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肖茂华
周爽
张亨通
陈俊良
柴超
耿国盛
温凯
张伟
王伟臣
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Abstract

本发明公开一种双齿轮箱故障诊断试验台，包括变速驱动电机、变速驱动电机支座、第一联轴器、行星齿轮箱、行星齿轮箱上支座、温度传感器A、第二联轴器、平行轴齿轮箱、温度传感器B、电涡流位移传感器A、磁粉制动器、磁粉制动器支座、第三联轴器、动态扭矩传感器底座、动态扭矩传感器、第四联轴器、试验台支撑脚、电涡流位移传感器B、行星齿轮箱下支座、试验台抗振底座、控制系统。本发明扩大了试验台的使用功能，满足多故障同时出现的故障诊断研究的要求。

Description

一种双齿轮箱故障诊断试验台
技术领域
本发明涉及机械故障诊断技术领域，具体涉及一种双齿轮箱故障诊断试验台。
背景技术
齿轮箱在机械传动领域中应用非常广泛，其主要功能有：实现加速或减速、改变传动方向、改变转动力矩、实现离合功能和分配动力等，而齿轮箱在工作过程中会长期承受各种交变载荷、冲击和摩擦力的作用或者其各零部件存在制造缺陷，这将导致齿轮箱零部件发生损伤，这些故障的出现，会使得传动系统产生噪声、加剧磨损程度、降低设备寿命，甚至直接损坏整个机械设备，影响企业生产进度而造成较大经济损失，或对人身安全造成威胁。因此，为了降低产生经济损失或其他不良后果的风险，可以在齿轮箱故障初期对其进行诊断，进而及时安排检修，以达到企业生产利益最大化，同时避免其他一些不良后果。
在诸多故障诊断方法中，振动信号分析法是发展时间最长、实用性最佳的一种。利用振动信号分析法进行齿轮箱故障诊断的基本思想可以总结为：模拟工作实况，更换不同类型的故障齿轮，利用传感器采集原始振动信号数据，再经由控制系统与计算机处理和识别；在齿轮箱实际工作时，实时采集原始振动信号数据，计算机将这些实时采集数据与故障齿轮的振动信号数据进行对比，便可完成故障识别和诊断，得知齿轮箱具体工作状态。
在研究过程中，如果以实际应用中的齿轮箱作为研究对象，其同时出现多种故障类型的可能性很小，但是理论研究所要设计的故障类型要尽量全面；试验研究要不断更换不同故障齿轮，而传统的诊断试验台拆装麻烦、齿轮更换不容易。因此，一种能够同时包含多种故障类型的、拆装方便且易更换的齿轮诊断系统就显得尤为重要。
齿轮箱的实际工作环境复杂多变，而传统的故障诊断实验台对这方面所考虑的影响因素较少，因此设计行星齿轮箱故障诊断试验台要考虑不同实际工况，对不同工作环境加以考虑。而现在流行的多是试验台包含单个故障齿轮箱，但实际工作中多个齿轮箱共同工作也是很常见的，所以在试验台上组装两个或多个齿轮箱进行研究也是很有必要的。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种双齿轮箱故障诊断试验台，以解决上述背景中提及的齿轮传动故障诊断研究中多故障同时出现、传统故障诊断试验台齿轮箱单一且拆装麻烦、齿轮更换不易的问题。
技术方案：本发明所述一种双齿轮箱故障诊断试验台，包括变速驱动电机、变速驱动电机支座、第一联轴器、行星齿轮箱、行星齿轮箱上支座、温度传感器A、第二联轴器、平行轴齿轮箱、温度传感器B、电涡流位移传感器A、磁粉制动器、磁粉制动器支座、第三联轴器、动态扭矩传感器底座、动态扭矩传感器、第四联轴器、试验台支撑脚、电涡流位移传感器B、行星齿轮箱下支座、试验台抗振底座、控制系统；
所述变速驱动电机通过第一联轴器与行星齿轮箱的输入轴连接，所述行星齿轮箱的输出轴通过第二联轴器与平行轴齿轮箱的输入轴连接，所述平行轴齿轮箱的输出轴通过第三联轴器与动态扭矩传感器连接，所述动态扭矩传感器的另一端通过第四联轴器与磁粉制动器连接；
所述变速驱动电机安装于变速驱动电机支座上；所述行星齿轮箱安装于行星齿轮箱上支座上，所述行星齿轮箱上支座安装于行星齿轮箱下支座上；所述动态扭矩传感器安装于动态扭矩传感器底座上；所述磁粉制动器安装于磁粉制动器支座上；
所述变速驱动电机支座、平行轴齿轮箱、行星齿轮箱下支座、动态扭矩传感器底座、磁粉制动器支座、控制系统均安装于试验台抗振底座上；所述试验台抗振底座的底部安装有试验台支撑脚；
所述行星齿轮箱上安装有温度传感器A和电涡流位移传感器B；所述平行轴齿轮箱上安装有温度传感器B和电涡流位移传感器A。
优选地，所述行星齿轮箱包括行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体，所述行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体通过齿圈螺栓连接；所述行星齿轮箱左箱体包括行星齿轮箱左箱体上座和行星齿轮箱左箱体下座，所述行星齿轮箱右箱体包括行星齿轮箱右箱体下座和行星齿轮箱右箱体上座；所述行星齿轮箱右箱体上安装有输入轴，所述输入轴上安装有轴承A和轴承B，所述输入轴的内端部安装有太阳轮；所述太阳轮与行星轮A、行星轮B、行星轮C相互啮合，所述行星轮A、行星轮B、行星轮C与齿圈啮合；所述行星齿轮箱左箱体上安装有输出轴，所述输出轴连接有行星架，所述行星架通过螺栓与行星轮A、行星轮B、行星轮C连接；所述行星齿轮箱上位于输入轴和输出轴的外端部均通过螺栓安装有轴承端盖A，两个轴承端盖A上均安装有温度传感器A和电涡流位移传感器A温度传感器A和电涡流位移传感器A。
优选地，所述平行轴齿轮箱包括平行轴齿轮箱下箱体和平行轴齿轮箱上箱体，所述平行轴齿轮箱下箱体和平行轴齿轮箱上箱体通过螺栓连接；所述平行轴齿轮箱上箱体上安装有温度传感器B；所述平行轴齿轮箱的外部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承端盖B，四个轴承端盖B上均安装有电涡流位移传感器A；所述平行轴齿轮箱的内部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承C；所述平行轴齿轮箱的内部位于输出轴和输入轴上分别设有相互啮合的斜齿大齿轮与斜齿小齿轮。
本发明的主体为行星齿轮箱和平行轴齿轮箱，动态扭矩传感器、温度传感器、电涡流位移传感器分别检测试验台的扭矩转速、温度、振动位移的信号，并将这些振动信号输送到控制系统以进行下一步骤的处理；通过更换平行轴齿轮箱中的故障齿轮或是平行轴齿轮箱中的故障斜齿轮，便可以获得不同类型的故障齿轮的振动信号数据；通过磁粉制动器和变速驱动电机，能够模拟不同故障齿轮在加载或空载两种不同状态下以及不同速度条件下的振动情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)所述行星齿轮箱与平行轴齿轮箱均可通过更换故障齿轮进行故障诊断试验，扩大了试验台的使用功能，满足多故障同时出现的故障诊断研究的要求。
(2)所述行星齿轮箱与平行轴齿轮箱均为分体式结构，使得更换其零部件变得更加容易，具有拆装方便的特点。
(3)所述变速驱动电机可以变速模拟在不同速度条件下的故障特征，可满足行星齿轮箱传递与平行轴齿轮箱传递在实际工作中变化多样的工作状态。
附图说明
图1为本发明实施例的结构图。
图2为本发明实施例中行星齿轮箱的结构图。
图3为本发明实施例中平行轴齿轮箱的结构图。
附图中，1、变速驱动电机，2、变速驱动电机支座，3、第一联轴器，4、行星齿轮箱，5、行星齿轮箱上支座，6、温度传感器A，7、第二联轴器，8、平行轴齿轮箱，9、温度传感器B，10、电涡流位移传感器A，11、磁粉制动器，12、磁粉制动器支座，13、第三联轴器，14、动态扭矩传感器底座，15、动态扭矩传感器，16、第四联轴器，17、平行轴齿轮箱下箱体，18、平行轴齿轮箱上箱体，19、试验台支撑脚，20、电涡流位移传感器B，21、行星齿轮箱下支座，22、试验台抗振底座，23、控制系统，4-1、输出轴，4-2、行星齿轮箱左箱体上座，4-3、行星轮A，4-4、行星架，4-5、行星轮B，4-6、轴承A，4-7、轴承B，4-8、行星齿轮箱右箱体下座，4-9、行星齿轮箱右箱体上座，4-10、输入轴(太阳轮)，4-11、行星轮C，4-12、齿圈，4-13、行星齿轮箱左箱体下座，4-14、太阳轮，4-15、轴承端盖A，8-1、斜齿大齿轮，8-2、轴承C，8-3、轴承端盖B，8-4、斜齿小齿轮。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例
一种双齿轮箱故障诊断试验台，参照图1-3，包括变速驱动电机1、变速驱动电机支座2、第一联轴器3、行星齿轮箱4、行星齿轮箱上支座5、温度传感器A 6、第二联轴器7、平行轴齿轮箱8、温度传感器B 9、电涡流位移传感器A 10、磁粉制动器11、磁粉制动器支座12、第三联轴器13、动态扭矩传感器底座14、动态扭矩传感器15、第四联轴器16、试验台支撑脚19、电涡流位移传感器B 20、行星齿轮箱下支座21、试验台抗振底座22、控制系统23；变速驱动电机1通过第一联轴器3与行星齿轮箱4的输入轴连接，行星齿轮箱4的输出轴通过第二联轴器7与平行轴齿轮箱8的输入轴连接，平行轴齿轮箱8的输出轴通过第三联轴器13与动态扭矩传感器15连接，动态扭矩传感器15的另一端通过第四联轴器16与磁粉制动器11连接；变速驱动电机1安装于变速驱动电机支座2上；行星齿轮箱4安装于行星齿轮箱上支座5上，行星齿轮箱上支座5安装于行星齿轮箱下支座21上；动态扭矩传感器15安装于动态扭矩传感器底座14上；磁粉制动器11安装于磁粉制动器支座12上；变速驱动电机支座2、平行轴齿轮箱8、行星齿轮箱下支座21、动态扭矩传感器底座14、磁粉制动器支座12、控制系统23均安装于试验台抗振底座22上；试验台抗振底座22的底部安装有试验台支撑脚19；行星齿轮箱4上安装有温度传感器A 6和电涡流位移传感器B 20；所述平行轴齿轮箱8上安装有温度传感器B 9和电涡流位移传感器A 10。
其中，行星齿轮箱4包括行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体，所述行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体通过齿圈4-12螺栓连接；所述行星齿轮箱左箱体包括行星齿轮箱左箱体上座4-2和行星齿轮箱左箱体下座4-13，所述行星齿轮箱右箱体包括行星齿轮箱右箱体下座4-8和行星齿轮箱右箱体上座4-9；所述行星齿轮箱右箱体上安装有输入轴4-10，输入轴4-10上安装有轴承A 4-6和轴承B 4-7，输入轴4-10的内端部安装有太阳轮4-14；太阳轮4-14与行星轮A 4-3、行星轮B 4-5、行星轮C 4-11相互啮合，所述行星轮A 4-3、行星轮B 4-5、行星轮C 4-11与齿圈4-12啮合；所述行星齿轮箱左箱体上安装有输出轴4-1，输出轴4-1连接有行星架4-4，行星架4-4通过螺栓与行星轮A 4-3、行星轮B 4-5、行星轮C 4-11连接；行星齿轮箱4上位于输入轴4-10和输出轴4-1的外端部均通过螺栓安装有轴承端盖A4-15，两个轴承端盖A 4-15上均安装有温度传感器A 6和电涡流位移传感器A 10。
其中，平行轴齿轮箱8包括平行轴齿轮箱下箱体17和平行轴齿轮箱上箱体18，平行轴齿轮箱下箱体17和平行轴齿轮箱上箱体18通过螺栓连接；平行轴齿轮箱上箱体18上安装有温度传感器B 9；平行轴齿轮箱8的外部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承端盖B8-3，四个轴承端盖B 8-3上均安装有电涡流位移传感器A 10；平行轴齿轮箱8的内部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承C 8-2；平行轴齿轮箱8的内部位于输出轴和输入轴上分别设有相互啮合的斜齿大齿轮8-1与斜齿小齿轮8-4。
本试验台的工作过程和原理如下：变频驱动电机1将动力传递给输入轴4-10和太阳轮4-14，从而带动行星轮A 4-3、行星轮B 4-5、行星轮C 4-11和行星架4-4一起做旋转运动，通过行星架4-4将动力由输出轴4-1传递给平行轴齿轮箱8的轴，而带动斜齿大齿轮8-1和斜齿小齿轮8-4啮合传动；通过拆卸平行轴齿轮箱上箱体18可以便捷地更换不同故障斜齿轮进行试验；通过拆卸行星齿轮箱右箱体上座4-9和行星齿轮箱右箱体下座4-8可以便捷地更换不同故障行星轮以进行试验；通过变速驱动电机1可以改变输入轴4-10的转速，进而变速模拟在不同速度条件下的故障特征；通过磁粉制动器11的加载状况的选择，能够模拟不同故障齿轮在加载或空载两种不同状态下的振动情况；本试验台安装有温度传感器A 6、温度传感器B 9、电涡流位移传感器A 10、电涡流位移传感器B 20、动态扭矩传感器15，能够测量不同故障齿轮：行星轮A 4-3、行星轮B 4-5、行星轮C 4-11、斜齿大齿轮8-1和斜齿小齿轮8-4的振动信号：温度、振动位移、扭矩转速，并将这些振动信号输送给控制系统23进行下一步处理；控制系统23控制着本双齿轮箱故障诊断试验台的工作运行和信号处理。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种双齿轮箱故障诊断试验台，其特征在于，包括变速驱动电机(1)、变速驱动电机支座(2)、第一联轴器(3)、行星齿轮箱(4)、行星齿轮箱上支座(5)、温度传感器A(6)、第二联轴器(7)、平行轴齿轮箱(8)、温度传感器B(9)、电涡流位移传感器A(10)、磁粉制动器(11)、磁粉制动器支座(12)、第三联轴器(13)、动态扭矩传感器底座(14)、动态扭矩传感器(15)、第四联轴器(16)、试验台支撑脚(19)、电涡流位移传感器B(20)、行星齿轮箱下支座(21)、试验台抗振底座(22)、控制系统(23)；
所述变速驱动电机(1)通过第一联轴器(3)与行星齿轮箱(4)的输入轴连接，所述行星齿轮箱(4)的输出轴通过第二联轴器(7)与平行轴齿轮箱(8)的输入轴连接，所述平行轴齿轮箱(8)的输出轴通过第三联轴器(13)与动态扭矩传感器(15)连接，所述动态扭矩传感器(15)的另一端通过第四联轴器(16)与磁粉制动器(11)连接；
所述变速驱动电机(1)安装于变速驱动电机支座(2)上；所述行星齿轮箱(4)安装于行星齿轮箱上支座(5)上，所述行星齿轮箱上支座(5)安装于行星齿轮箱下支座(21)上；所述动态扭矩传感器(15)安装于动态扭矩传感器底座(14)上；所述磁粉制动器(11)安装于磁粉制动器支座(12)上；
所述变速驱动电机支座(2)、平行轴齿轮箱(8)、行星齿轮箱下支座(21)、动态扭矩传感器底座(14)、磁粉制动器支座(12)、控制系统(23)均安装于试验台抗振底座(22)上；所述试验台抗振底座(22)的底部安装有试验台支撑脚(19)；
所述行星齿轮箱(4)上安装有温度传感器A(6)和电涡流位移传感器B(20)；所述平行轴齿轮箱(8)上安装有温度传感器B(9)和电涡流位移传感器A(10)。
2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述行星齿轮箱(4)包括行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体，所述行星齿轮箱左箱体和行星齿轮箱右箱体通过齿圈(4-12)螺栓连接；所述行星齿轮箱左箱体包括行星齿轮箱左箱体上座(4-2)和行星齿轮箱左箱体下座(4-13)，所述行星齿轮箱右箱体包括行星齿轮箱右箱体下座(4-8)和行星齿轮箱右箱体上座(4-9)；所述行星齿轮箱右箱体上安装有输入轴(4-10)，所述输入轴(4-10)上安装有轴承A(4-6)和轴承B(4-7)，所述输入轴(4-10)的内端部安装有太阳轮(4-14)；所述太阳轮(4-14)与行星轮A(4-3)、行星轮B(4-5)、行星轮C(4-11)相互啮合，所述行星轮A(4-3)、行星轮B(4-5)、行星轮C(4-11)与齿圈(4-12)啮合；所述行星齿轮箱左箱体上安装有输出轴(4-1)，所述输出轴(4-1)连接有行星架(4-4)，所述行星架(4-4)通过螺栓与行星轮A(4-3)、行星轮B(4-5)、行星轮C(4-11)连接；所述行星齿轮箱(4)上位于输入轴(4-10)和输出轴(4-1)的外端部均通过螺栓安装有轴承端盖A(4-15)，两个轴承端盖A(4-15)上均安装有温度传感器A(6)和电涡流位移传感器A(10)。
3.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，所述平行轴齿轮箱(8)包括平行轴齿轮箱下箱体(17)和平行轴齿轮箱上箱体(18)，所述平行轴齿轮箱下箱体(17)和平行轴齿轮箱上箱体(18)通过螺栓连接；所述平行轴齿轮箱上箱体(18)上安装有温度传感器B(9)；所述平行轴齿轮箱(8)的外部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承端盖B(8-3)，四个轴承端盖B(8-3)上均安装有电涡流位移传感器A(10)；所述平行轴齿轮箱(8)的内部位于输出轴和输入轴的两端部均设有轴承C(8-2)；所述平行轴齿轮箱(8)的内部位于输出轴和输入轴上分别设有相互啮合的斜齿大齿轮(8-1)与斜齿小齿轮(8-4)。
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