CN110914660B - 齿轮箱监测 - Google Patents

Abstract

可以计算齿轮箱的齿轮运动。一种系统包括齿轮箱、传感器和至少一个数据处理器。所述齿轮箱包括具有多个齿轮的结构。所述传感器操作性地联接到所述齿轮箱并且被配置成检测与所述齿轮箱的第一齿轮相关联的操作参数。所述至少一个数据处理器被配置成：从所述传感器接收表征与所述齿轮箱相关联的所述所检测的操作参数的数据；基于表征所述齿轮箱的所述结构的数据而产生所述多个齿轮的网格对矩阵；根据所述网格对矩阵确定所述多个齿轮中的所述第一齿轮的所述操作参数的所计算的值；基于所述操作参数的所述所计算的值和检测到的值来确定所述第一齿轮的操作度量；以及提供所述操作度量。

Description

齿轮箱监测

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2017年5月04日提交的美国临时专利申请号62/501,317的优先权，所述申请的全部内容在此明确以引用的方式并入本文。

背景技术

齿轮箱是可以用于控制装置之间的机械能的传递的装置。齿轮箱可以包括封围至少一对齿轮的壳体。一般来说，齿轮可以是轮子，所述轮子包括围绕它们的边缘的齿，并且齿轮可以被配置成围绕轴线旋转，所述轴线例如为穿过所述齿轮的中心的轴线。举例来说，第一齿轮可以通过可旋转的输入轴联接到动力源，并且第二齿轮可以通过可旋转的输出轴联接到机械负载。当第一齿轮的齿与第二齿轮的齿接合时，所述对齿轮可以转换从动力源到输出轴的速度和扭矩。

现代机器(例如，涡轮机、压缩机、发动机等)可能包括复杂的齿轮箱，所述齿轮箱可能包括互连的若干对齿轮。齿轮箱的运动学性质是指(相应齿轮的)运动(例如，位置、速度、加速度等)的性质并且可以使用齿轮箱特有的公式来计算。举例来说，具有可以与齿轮箱的结构性质相关的硬编码的常数的软件可以用于计算齿轮箱的运动学性质。

发明内容

然而，现有的估计齿轮箱的运动学性质的方法可能有问题。使用采用硬编码的齿轮箱特有的公式的软件可能要求每当设计新的齿轮箱配置时就要开发和维护新的软件。与此类新的软件相关联的成本可能会限制设计新的齿轮箱配置的灵活性。也就是说，新的齿轮箱设计与旧的齿轮箱设计不同的程度可能会人为地受到成本限制，而不是受到性能考虑因素限制。此外，开发新的软件来支持每种新的齿轮箱配置的需要可能会推迟新的齿轮箱配置的开发和商业化。

本公开的实施例针对于被配置成采用用于确定齿轮箱的运动学性质的通用模型的系统和方法。如在下文详细论述，使用对许多齿轮箱配置具有一般适用性的运动学模型可以减少建立、测试和维持新的齿轮箱配置所需的时间和成本。

在示例性实施例中，提供一种系统，并且所述系统可以包括齿轮箱、传感器和至少一个数据处理器。所述齿轮箱包括具有多个齿轮的结构。所述传感器操作性地联接到所述齿轮箱并且被配置成检测与所述齿轮箱的第一齿轮相关联的操作参数。所述至少一个数据处理器被配置成从所述传感器接收表征与所述齿轮箱相关联的所检测的操作参数的数据。所述至少一个数据处理器还被配置成基于表征所述齿轮箱的结构的数据来产生多个齿轮的网格对矩阵。所述网格对矩阵包括表示线性方程组的矩阵，所述线性方程组表示多个齿轮中的齿轮之间的运动学关系。所述至少一个数据处理器还可以被配置成根据所述网格对矩阵确定多个齿轮中的第一齿轮的操作参数的所计算的值。所述至少一个数据处理器可以还被配置成基于所述操作参数的所述所计算的值和检测到的值来确定所述第一齿轮的操作度量；以及提供所述第一齿轮的所述操作度量。

可以包括以下特征中的一者或多者的任何可行的组合。举例来说，处理器可以还被配置成接收表征齿轮箱的结构的数据。表征齿轮箱的结构的数据可以包括所述多个齿轮中的所述第一齿轮的齿的第一数目、第二齿轮的齿的第二数目，以及所述第一数目个齿与所述第二数目个齿之间的定向。所述操作参数可以包括所述第一齿轮的角速度，并且所述操作度量可以包括与所述第一齿轮相关联的故障频率。所述处理器可以还被配置成计算所述操作度量与预定阈值之间的差。所述处理器可以还被配置成响应于确定所述操作度量超过预定阈值而终止所述齿轮箱的操作。所述处理器可以还被配置成基于与所述齿轮箱相关联的预定数据库来验证表征所述齿轮箱的所述结构的所接收的数据。

在另一示例性实施例中，一种方法包括：接收表征包括多个齿轮的齿轮箱的结构的数据；基于表征所述齿轮箱的所述结构的所述所接收的数据来产生所述多个齿轮的网格对矩阵；根据所述网格对矩阵确定所述多个齿轮中的第一齿轮的操作参数的所计算的值；以及提供所述操作参数的所述所计算的值。

可以包括以下特征中的一者或多者的任何可行的组合。举例来说，表征齿轮箱的结构的数据可以包括所述多个齿轮中的所述第一齿轮的齿的第一数目、第二齿轮的齿的第二数目，以及所述第一数目个齿与所述第二数目个齿之间的定向。可以从操作性地联接到所述第一齿轮的传感器接收所述操作参数的检测到的值。可以基于所述操作参数的所述所计算的值和所述检测到的值来确定所述第一齿轮的操作度量。所述操作参数可以包括所述第一齿轮的角速度，并且所述操作度量可以包括与所述第一齿轮相关联的故障频率。可以确定所述操作度量与预定阈值之间的差。可以响应于确定所述操作度量超过预定阈值而终止所述齿轮箱的操作。可以基于与所述齿轮箱相关联的预定数据库来验证表征所述齿轮箱的所述结构的所接收的数据。可以通过形成至少一个计算系统的部分的至少一个数据处理器来执行所述接收、所述产生、所述计算和所述提供中的至少一者。

在另一示例性实施例中，一种方法可以包括接收与齿轮箱相关的结构信息。所述方法还可以包括产生齿轮箱模型，所述齿轮箱模型可以基于所述齿轮箱的所接收的结构信息。所述方法还可以包括使用所述齿轮箱模型来计算所述齿轮箱的操作参数。所述方法可以还包括提供所述所计算的操作参数中的一者或多者。

所公开的主题的各方面可以提供以下能力中的一者或多者。在本申请中描述的系统和方法提供了一种通用模型，可以使用所述通用模型来确定若干多个齿轮箱的运动学性质，而不是使用多个齿轮箱特有的模型来确定。因此，每当开发出新的齿轮箱时可以不需要新的齿轮箱特有的模型。这可以减少由于每当开发出新的齿轮箱时就开发新的模型而引发的成本。齿轮箱特有的模型还可以提供若干技术改进。举例来说，通用齿轮箱模型可以允许高效的存储器使用。因为通用齿轮箱模型可配置用于任何齿轮箱，所以它们可以给予用户灵活性，用户可以不必依赖于操作员来重新配置新的齿轮箱的齿轮箱特有的软件。

还描述了非暂时性计算机程序产品(例如，物理体现的计算机程序产品)，所述非暂时性计算机程序产品存储指令，所述指令当由一个或多个计算系统的一个或多个数据处理器执行时致使至少一个数据处理器执行本文的操作。类似地，还描述了计算机系统，所述计算机系统可以包括一个或多个数据处理器以及联接到所述一个或多个数据处理器的存储器。所述存储器可以临时地或永久地存储致使至少一个处理器执行本文描述的操作中的一者或多者的指令。另外，可以通过单个计算系统内或分布在两个或更多个计算系统之间的一个或多个数据处理器来实施方法。可以将此类计算系统进行连接，并且此类计算系统可以经由一个或多个连接、经由多个计算系统中的一者或多者之间的直接连接等来交换数据和/或命令或其他指令等，所述一个或多个连接包括经由网络(例如，互联网、无线广域网局域网、广域网、有线网络等)的连接。

在检视以下图、详细描述和权利要求之后将更全面地理解所公开的主题的这些和其他能力。

附图说明

预期以下图式示出所公开的主题的非限制性示例。其他实施例是可能的。

图1说明齿轮箱监测系统的示例性实施例的示意性表示；

图2是齿轮对的示例性实施例的侧视图；

图3是齿轮对的示例性实施例的另一侧视图；

图4是可以包括若干齿轮对的齿轮箱的另一示例性实施例的侧视图；

图5是一般地计算齿轮箱的运动学性质的示例性方法的流程图；

图6说明使用计算装置一般地计算齿轮箱的运动学性质的示例性方法；

图7说明用于确定齿轮箱中的齿轮的故障频率的示例性方法；以及

图8说明齿轮箱监测系统的界面的实现方式。

具体实施方式

齿轮箱是可以用于将机械能从机器的一个部分传递到另一部分的装置。举例来说，可以将齿轮箱用于变速器中，以便调适从动力源(例如，发动机)输入到另一可移动部件(例如，旋转轴)的机械能。齿轮箱可以包括多个齿轮，所述多个齿轮相对于彼此移动以实现此能量传递。可能需要计算齿轮箱中的齿轮的运动以预测齿轮箱的预期行为。举例来说，通过将齿轮的所预测的运动与实际齿轮运动的测量结果进行比较，可以检测到齿轮箱内的齿轮的不合意的运动。然而，现有的预测齿轮运动的方法可能会采用复杂的模型，所述复杂的模型是针对给定齿轮箱而定制的，并且可能不适用于其他齿轮箱。为了解决此问题，提供了用于一般地预测齿轮箱内的齿轮运动的系统和对应的方法。所公开的方法利用以下理解：齿轮箱是由彼此接合的一对或多对齿轮构成。无论齿轮的配置或类型如何，两个齿轮如何彼此接合的原理可以保持相同，并且可以通过通用方程(还称为特征方程)进行描述。每当两个齿轮按照特定配置彼此接合时，可以通过所述通用方程确定描述此接合的新的方程。通过同时地解出描述齿轮箱内的每对齿轮的接合的一组方程，可以计算出关于齿轮的旋转信息。通过此旋转信息，可以确定齿轮的其他运动性质(例如，运动学性质)和故障性质，从而允许预测齿轮的运动。

图1是说明被配置成监测包括齿轮(未示出)的齿轮箱102的齿轮箱监测系统100的示例性实施例的示意性表示。所述齿轮箱监测系统可以包括传感器系统104、计算装置106、显示器108和输入装置110。传感器系统104可以检测齿轮箱102的一个或多个移动(例如，运动学性质)，例如齿轮箱102中的一个或多个齿轮的角速度，并且可以将检测到的移动中继到计算装置106。计算装置106可以从传感器系统104接收检测到的信息。计算装置106可以从输入装置110接收关于齿轮箱的结构信息。举例来说，所述结构信息可以包括齿轮箱102中的一个或多个齿轮的齿的数目、齿定向和旋转轴线速度中的一者或多者。

计算装置106可以使用所述结构信息来建立齿轮箱102的各种运动学性质之间的数值关系。所述数值关系可以基于以下想法：齿轮箱可以包括基于预定运动学关系而联接在一起的一个或多个齿轮对。所述数值关系可以用于计算齿轮箱102的运动学性质。计算装置106可以在显示器108上显示所计算的运动学性质和/或检测到的运动学性质。其他实施例处于本公开的范围内。

可以基于识别齿轮箱中的(例如)在结构上联接在一起以形成齿轮对的各种齿轮而产生齿轮箱102的所述数值关系。可以基于从输入装置110获得的结构信息来识别齿轮对。可以识别所识别的齿轮对中的一者或多者的运动学关系。举例来说，齿轮对中的第一齿轮和第二齿轮之间的运动学关系可以是：

N₁G₁(ω₁-t₂)＝N₂G₂(-ω₂+t₁) (1)

其中N₁和N₂分别表示第一齿轮和第二齿轮中的齿的数目；以及G₁和G₂分别表示第一齿轮和第二齿轮的齿定向；ω₁和ω₂分别表示第一齿轮和第二齿轮的角速度；以及t₁和t₂分别表示第一齿轮和第二齿轮的旋转轴线速度。可以通过从输入装置110获得的结构信息和/或由传感器系统104采集的测量结果来获得这些参数中的一者或多者的值。

齿轮可以接合多个齿轮，并且因此是两个或更多个齿轮对的一部分。此配置可以导致多个运动关系(例如，如以上等式1中所示)。举例来说，可以建立齿轮箱中的N个齿轮对的N(自然数)个运动关系。可以解出所述N个运动关系以确定齿轮对中的各个齿轮的角速度。

可以将等式1的运动学关系用于任何类型和配置的齿轮。示例可以包括正齿轮、螺旋齿轮、斜齿轮、双螺旋齿轮、锥齿轮、弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮、冠状齿轮、蜗轮、非圆形齿轮、笼状齿轮、摆线齿轮、磁性齿轮、齿条与小齿轮齿轮、行星齿轮、太阳和行星齿轮、谐波齿轮等。

图2说明可以包括齿轮202和204的齿轮对200的示例性实施例。齿轮202和204可以包括齿(例如，齿轮202中的齿206a和206b，以及齿轮204中的齿208a和208b)。齿206a、206b、208a和208b可以分别从齿轮202和204向外定向。齿轮202和204可以分别围绕轴线210和220旋转。当齿轮202和204围绕轴线210和220旋转时，齿轮202和204的齿可以联接在一起。举例来说，齿轮202的齿(齿206b中的一者)可以在齿轮204的齿208a和208b之间滑动。除了齿轮202和204旋转之外，轴线210和轴线212也可以旋转。

当齿轮202旋转时，其可以驱动齿轮204旋转。反过来也是如此，其中齿轮204的旋转可以驱动齿轮202旋转。齿轮202和204的旋转的角速度可以是相关的，例如，基于等式1。为了使用等式1，可以分别用202和204的齿的数目的值来取代N₁和N₂。还可以分别用202和204的齿的定向来取代G₁和G₂(例如，针对向外定向是“1”，并且针对向内定向是“-1”)。可以进一步分别用210和220的轴线的旋转速度来取代t₁和t₂。以此方式，可以在ω₁和ω₂之间建立数值关系，并且所述数值关系可以分别表示齿轮202和204的角速度。如果ω₁或ω₂的值是已知的，那么计算装置106可以计算另一值。

图3说明可以包括齿轮302和304的齿轮对300的另一示例性实施例。齿轮302和304包括齿(例如，齿轮302中的齿306a和306b，以及齿轮304中的齿308a和308b)。齿轮302和304可以分别围绕轴线310和320旋转。当齿轮302和304围绕轴线旋转时，齿轮302和304的齿可以联接在一起。举例来说，齿轮302的齿(例如齿306b中的一者)可以在齿轮304的齿308a和308b之间滑动。轴线310和312中的一者或两者也可以旋转。

如所示，齿轮302是内齿轮，并且齿轮304是外齿轮。齿轮302的齿306a向内定向，并且齿轮304的齿306b向外定向。虽然使用以上等式1建立了齿轮302与齿轮304之间的运动学关系，但表示齿轮302的向外定向的变量(例如，G₁)可以具有值-1，而表示齿轮304的向内定向的变量(例如，G₂)可以具有值+1。可以通过以下操作来建立齿轮302的角速度(ω₁)与齿轮304的角速度(ω₂)之间的关系：分别用302和304的齿的数目的值来取代N₁和N₂；用-1和+1来取代G₁和G₂；以及分别用310和320的轴线的旋转速度来取代t₁和t₂。

图4说明可以包括处于太阳和行星配置的若干齿轮对的齿轮箱400的示例性实施例。齿轮箱400可以包括可以具有多个齿(例如，N_sun)的第一齿轮402(例如，太阳齿轮)，所述多个齿向外定向(G_Sun＝1)，并且可以在角速度ω_sun和角速度t_sun下围绕轴线410旋转。齿轮箱400可以包括可以具有多个齿(例如，N_planet)的一个或多个第二齿轮404(例如，行星齿轮)，所述多个齿向外定向(G_planet＝1)，并且可以在角速度ω_planet下围绕轴线420旋转。轴线420可以(例如)在角速度t_planet下旋转。齿轮箱400还可以包括可以具有多个齿(例如，N_ring)的第三齿轮406(例如，环形齿轮或外齿轮)，所述多个齿向内定向(G_ring＝-1)并且可以在角速度ω_ring和角速度t_ring下围绕轴线410旋转。在某些实施例中，齿轮406和轴线410可以是固定的(例如，ω_ring＝0，t_ring＝0)。

计算装置106可以从一个或多个源接收齿轮箱400的结构信息。示例可以包括用户通过输入装置110进行的输入、从存储装置进行的检索，和其组合。所述结构信息可以包括(例如)N_sun、G_sun、t_sun、N_planet、G_planet、t_planet、N_ring、G_ring、t_ring的值等。这些值可以基于齿轮箱400的设计规格。可以基于等式1建立两个齿轮对402和404以及404和406之间的运动学关系。举例来说，可以建立以下运动学关系：

N_sunG_sun(ω_sun-t_planet)＝N_planetG_planet(-ω_planet+t_sun) (2)

N_planetG_planet(ω_planet-t_ring)＝N_ringG_ring(-ω_ring+t_planet) (3)

基于等式(2)和(3)，计算装置106可以计算齿轮402和404的角速度ω_sun和ω_planet。

如之前所描述，可以将任何齿轮箱描述为一个或多个齿轮对的系统。可以建立包括一个或多个齿轮对的运动学关系(例如，如等式(1)、(2)、(3)等中所描述)的齿轮箱模型。计算装置(例如，计算装置106)可以解出所述运动学关系并且计算齿轮箱的各种运动学性质。因此，首先建立各种齿轮对之间的运动关系并且随后使用所述运动关系来计算运动学性质的方法不是齿轮箱特有的。

图5说明使用一个或多个计算装置(例如，106)一般地计算齿轮箱(例如，102)的运动学性质的示例性方法。在502处，计算装置106可以接收与所述齿轮箱相关的结构信息。计算装置106可以从用户通过输入装置(例如，键盘、存储器装置等)、与计算装置通信的本地或远程数据存储装置直接地或通过通信网络等接收此信息。所述输入信息可以包括与齿轮箱102的结构相关的信息。举例来说，齿轮对的联接信息、齿轮箱102中的一个或多个齿轮中的齿的数目、齿轮箱102中的一个或多个齿轮中的齿的定向、齿轮箱102中的一个或多个齿轮的轴线的角速度等。

在504处，计算装置106可以基于齿轮箱102的所接收的结构信息而产生齿轮箱模型。举例来说，可以建立一个或多个齿轮对的运动学关系(例如，如等式(1)-(3)中所示)。所述运动学关系可以包括由用户提供的信息(例如，在502处提供的信息)、来自由本地或远程数据存储装置维持的数据库(例如，齿轮箱的在线数据库)的信息等。举例来说，如下文在图6的604处所描述，计算装置106可以产生网格对矩阵，并且使用所接收的结构信息来填充所述网格对矩阵。

在506处，计算装置106可以使用所述齿轮箱模型来计算齿轮箱102的一个或多个操作参数。这可以通过解出在504处产生的齿轮箱模型的一个或多个各种运动学关系(或如在604处所描述)来完成。举例来说，所述运动学关系是可以构成线性方程组的线性方程。可以将线性方程组描述为矩阵和向量的乘积。所述矩阵可以包括线性方程的已知值。举例来说，所述已知值可以包括由计算装置106在502处接收的一个或多个结构参数，或从一个或多个参数得到的值(例如，N₁G₁、N₂G₂)。所述向量可以包括未知变量(例如，ω₁、ω₂等)。可以通过计算装置中的数值解算器软件(例如，MATLAB、EXCEL等中的数值解算器)来解出所述线性方程组。数值解算器软件可以使用例如矩阵求逆等高效的线性代数技术来计算齿轮箱102的一个或多个操作参数。

在508处，计算装置106可以提供所计算的操作参数中的一者或多者。所述提供可以包括显示、传输、处理或存储所计算的操作参数。

图6说明使用计算装置(例如，106)一般地计算齿轮箱(例如，102)的运动学性质的示例性方法。所计算的运动学性质可以包括齿轮箱102中的齿轮的运动。可以使用所述所计算的值来预测齿轮箱102的预期行为。

在602处，计算装置106可以接收与所述齿轮箱102相关的结构信息。计算装置106可以从输入装置(例如，键盘、存储器装置等)、本地或远程数据存储装置(例如，网络源)接收此信息。所述输入信息可以包括与齿轮箱102的结构相关的信息。举例来说，齿轮对的联接信息、齿轮箱102中的一个或多个齿轮中的齿的数目、齿轮箱102中的一个或多个齿轮中的齿的定向、齿轮箱102中的一个或多个齿轮的轴线的角速度等。

在604处，计算装置106可以(例如)基于在602处接收的输入通过填充矩阵来产生网格对矩阵。所述矩阵表示已知信息(例如，结构信息(例如，一个或多个齿轮上的齿的数目、一个或多个齿轮的定向和/或联接等))。举例来说，所述网格对矩阵的行或列可以包括给定齿轮的结构信息。另外或者可替代地，所述矩阵的列或行可以包括与等式(1)中的给定变量(例如，N₁、N₂、G₁、G₂、t₁、t₂、ω₁、ω₂)相关的信息。

在606处，计算装置106可以验证齿轮箱102的配置是正确的。举例来说，计算装置106可以通过将在602处获得的结构信息和/或在604处产生的网格对矩阵的元素与已知的可接受的值范围进行比较来执行验证。如果所述结构信息或网格对矩阵条目超过已知的可接受的值范围，那么配置可能无效。

在608处，计算装置106可以在数值上解出方程组(例如，由网格对矩阵表示)以计算未知的值(例如，齿轮箱中的一个或多个齿轮的角速度)。这可以包括对网格对矩阵求逆。举例来说，所述网格对矩阵表示作为线性方程的运动学关系。所述网格对矩阵可以构成线性方程组，可以通过计算装置中的数值解算器软件(例如，MATLAB、EXCEL等中的数值解算器)来解出所述线性方程组。数值解算器软件可以使用例如矩阵求逆等高效的线性代数技术来计算齿轮箱的一个或多个操作参数。

在610处，计算装置106可以存储在步骤602处产生的网格对矩阵。这可以包括采用在608处确定的先前未知的值并且将它们插入到网格对矩阵中。

图7说明用于确定齿轮箱(例如，102)中的齿轮的故障频率的示例性方法。图7的示例性方法可以利用关于图6所描述而完成的网格对矩阵，以便确定或识别在齿轮箱102中包括的每个齿轮的故障频率。

在702处，计算装置(例如，106)可以检索齿轮箱102的所完成的网格对矩阵(例如，在610处存储的网格对矩阵)。可以从存储器检索齿轮箱102的网格对矩阵、从另一计算装置(例如，本地或远程数据存储装置)接收齿轮箱102的网格对矩阵，等等。

在704处，计算装置106还可以从状况监测系统(例如，被配置成检测齿轮运动的加速度计)接收齿轮箱102中的一个或多个齿轮的轴速度(例如，角速度)。所述状况监测系统可以包括传感器(例如，加速度计)系统，所述传感器系统可以被配置成检测齿轮箱102中的一个或多个齿轮的运动(例如，角速度)。

在706处，计算装置106可以计算齿轮箱102上的各个齿轮的轴速度。可以(例如)如图5和图6中所描述来执行轴速度的计算。可以使用在702处检索到的网格对矩阵来执行轴速度的计算。

在708处，计算装置106可以使齿轮箱102中的一个或多个齿轮的轴速度乘以相应齿轮上的齿的数目。可以从在702处检索的所检索的网格对矩阵获得与相应齿轮的齿相关的信息。计算装置106还可以将轴速度与齿的数目的乘积与在704处检索到的轴速度与齿的数目的乘积进行比较。基于此比较，计算装置106可以确定与齿轮箱中的一个或多个齿轮相关联的故障频率。举例来说，计算装置106可以计算步骤706处的所计算的速度值与在步骤704处接收的速度值之间的差。在某一实现方式中，当所述差超过阈值时，计算装置可以通知被授权用户。在其他实现方式中，响应于确定所述差超过预定阈值，处理器可以终止齿轮箱的操作。

在710处，计算装置106可以返回或提供所确定的故障频率。所述提供步骤可以包括传输(例如，传输到另一计算系统)、显示(例如，在图形接口显示空间或显示器上显示)、存储(例如，存储在存储器、硬盘驱动器、数据库等内)或处理。在某一实现方式中，所述提供可以包括(例如)当故障频率超过阈值时致使向被授权用户通知故障频率。在一些实现方式中，提供所确定的故障频率可以包括处理所述故障频率以确定所述故障频率超过阈值，并且响应于所述确定而致使终止齿轮箱的操作。

图8说明齿轮箱监测系统(例如，齿轮箱监测系统100)的界面800的示例性实现方式。界面800可以包括齿轮箱(例如，102)中的一个或多个齿轮的视觉原理图802。举例来说，所述视觉原理图802可以包括如图3中描述的齿轮对300的定向，或图4的齿轮箱400的太阳齿轮402、行星齿轮404和环形齿轮406的定向。界面800还可以包括数据区段804，所述数据区段可以包括与齿轮箱相关联的结构信息(例如，在图6、图7等中描述的网格对矩阵的值)。数据区段804可以允许用户添加或编辑一个或多个结构信息的值。数据区段804可以显示由计算装置执行的计算的结果(例如，在608处计算的未知值、在710处确定的故障频率等)。

其他实施例处于所公开的主题的范围和精神内。举例来说，齿轮箱通常用于各种机器(例如，涡轮机、飞行器发动机、汽车、马达、发电机等)中。所公开的主题可以提高具有齿轮箱的机器的性能。举例来说，风力涡轮机中的齿轮箱可以传递来自涡轮叶片的能量，所述能量可以缓慢移动到可以包括快速动圈环的发电机。风力涡轮机齿轮箱中的所联接的齿轮的结构信息可以确定涡轮叶片与发电机的圈环之间的角速度比率。齿轮箱监测系统(例如，齿轮箱监测系统100)可以基于所述结构信息来确定所述角速度比率。

本文描述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括(通过非限制性示例)用于预测齿轮箱的运动学性质的通用模型的实现方式。所述通用模型可以被配置成描述任何齿轮箱，从而减少开发和维持新类型的齿轮箱的时间和成本。所述通用模型可以进一步向齿轮箱操作员提供追求任何齿轮箱设计的灵活性，因为所述通用模型能够预测运动学性质，而不管配置和复杂性如何。

已经描述了特定示例性实施例以提供对本文公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的整体理解。在附图中说明这些实施例的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文具体描述且在附图中说明的系统、装置和方法是非限制性示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求界定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可以与其他实施例的特征组合。此类修改和变化意在包括于本发明的范围内。此外，在本公开中，实施例的相同命名的部件一般具有类似特征，并且因此在特定实施例内，不一定完全阐述每个相同命名的部件的每个特征。

本文描述的主题可以实施于数字电子电路中，或者实施于计算机软件、固件或硬件中，包括在本说明书中公开的结构构件以及其结构等效物，或它们的组合。可以将本文描述的主题实施为一个或多个计算机程序产品，例如有形地体现于信息载体中(例如，机器可读存储装置中)或体现于传播的信号中的一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序产品用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或者控制所述数据处理设备的操作。可以通过任何形式的编程语言来编写计算机程序(还被称为程序、软件、软件应用或代码)，所述编程语言包括经过编译或解译的语言，并且可以通过任何形式来部署所述计算机程序，包括部署成独立的程序或适合于在计算环境中使用的模块、组件、子例程或其他单元。计算机程序不一定对应于文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上执行，或在一个场所处或跨多个场所而分布且通过通信网络互连的多个计算机上执行。

在本说明书中描述的过程和逻辑流，包括本文描述的主题的方法步骤，可以由一个或多个可编程处理器执行，所述一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并且产生输出来执行本文描述的主题的功能。所述过程和逻辑流还可以由专用逻辑电路执行，并且可以将本文描述的主题的设备实施为专用逻辑电路，所述专用逻辑电路例如为FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

适合于执行计算机程序的处理器包括(例如)通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或所述两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。一般来说，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置，例如，磁盘、磁光盘或光盘，或者操作性地耦合到所述一个或多个大容量存储装置以从其接收数据或向其传递数据或所述两者。适合于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括(例如)：示例性半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和快闪存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移除盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD盘和DVD盘)。可以通过专用逻辑电路来补充处理器和存储器，或者处理器和存储器可以并入专用逻辑电路中。

为了实现与用户的交互，本文描述的主题可以在计算机上实施，所述计算机具有：显示装置，例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器，以用于向用户显示信息；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或追踪球)，用户可以借此向计算机提供输入。还可以使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，向用户提供的反馈可以是任何形式的知觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；以及可以接收来自用户的呈任何形式的输入，包括声音、话音或触觉输入。

可以使用一个或多个模块实施本文描述的技术。如本文所使用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或其各种组合。然而，至少不应将模块理解为不实施于硬件、固件上或记录于非暂时性处理器可读可录存储介质上的软件(即，模块本身不是软件)。实际上，应将“模块”理解为始终包括至少某一物理的非暂时性硬件，例如处理器或计算机的部分。两个不同的模块可以共享同一物理硬件(例如，两个不同的模块可以使用同一处理器和网络接口)。可以组合、整合、分离和/或重复本文描述的模块以支持各种应用。而且，作为在特定模块处执行在本文描述为在特定模块处执行的功能的代替或补充，可以在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行所述功能。此外，可以跨越多个装置和/或在本地或彼此远离的其他组件来实施所述模块。另外，可以从一个装置移动所述模块并且将所述模块添加至另一装置，和/或可以包括于以上两个装置中。

本文描述的主题可以在计算系统中实施，所述计算系统包括：后端组件(例如，数据服务器)；中间件组件(例如，应用服务器)；或前端组件(例如，具有图形用户接口或网络浏览器的客户端计算机，用户可以借此与本文描述的主题的实现方式交互)；或此类后端组件、中间件组件和前端组件的任何组合。可以通过任何形式或媒介的数字数据通信(例如，通信网络)将系统的组件互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，互联网。

可以应用如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言来修饰任何定量表示，所述定量表示可以获准在不导致与其相关的基本功能的改变的情况下改变。因此，通过例如“约”和“基本上”等术语修饰的值将不受限于所指定的精确值。在至少一些例子中，所述近似语言可以对应于用于测量所述值的仪器的精度。在这里且在整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，此类范围经过识别并且包括其中含有的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

Claims (18)

1.一种系统，所述系统包括：

齿轮箱，所述齿轮箱包括具有多个齿轮的结构；

传感器，所述传感器操作性地联接到所述齿轮箱并且被配置成检测与所述齿轮箱的第一齿轮相关联的操作参数；以及

至少一个数据处理器，所述至少一个数据处理器被配置成进行以下操作：

从所述传感器接收表征与所述齿轮箱相关联的所述所检测的操作参数的数据；

接收表征所述齿轮箱的结构的数据，所接收的数据指示所述第一齿轮的齿的第一数目和第一数目的齿的定向；

基于表征所述齿轮箱的所述结构的数据而产生所述多个齿轮的网格对矩阵，所述网格对矩阵包括表示线性方程组的矩阵，所述线性方程组表示所述多个齿轮中的齿轮之间的运动学关系，其中所述线性方程组包括所述齿的第一数目和所述第一数目的齿的定向；

根据所述网格对矩阵确定所述多个齿轮中的所述第一齿轮的所述操作参数的所计算的值；

基于所述操作参数的所述所计算的值和检测到的值来确定所述第一齿轮的操作度量；以及

提供所述第一齿轮的所述操作度量。

2.如权利要求1所述的系统，其中表征所述齿轮箱的所述结构的数据包括所述多个齿轮中的所述第一齿轮的齿的第一数目、第二齿轮的齿的第二数目，以及所述第一数目个齿与所述第二数目个齿之间的定向。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述操作参数包括所述第一齿轮的角速度，并且所述操作度量包括与所述第一齿轮相关联的故障频率。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述处理器还被配置成计算所述操作度量与预定阈值之间的差。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述处理器还被配置成响应于确定所述操作度量超过预定阈值而终止所述齿轮箱的操作。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成基于与所述齿轮箱相关联的预定数据库来验证表征所述齿轮箱的所述结构的所述所接收的数据。

7.一种方法，所述方法包括：

接收表征包括多个齿轮的齿轮箱的结构的数据，所接收的数据指示第一齿轮的齿的第一数目和第一数目的齿的定向；

接收表征与所述齿轮箱中的所述第一齿轮相关联的操作参数的数据，所述操作参数由操作地联接至所述齿轮箱的传感器检测；

基于表征所述齿轮箱的所述结构的所述所接收的数据而产生所述多个齿轮的网格对矩阵，所述网格对矩阵包括表示线性方程组的矩阵，所述线性方程组表示所述多个齿轮中的齿轮之间的运动学关系，其中所述线性方程组包括所述齿的第一数目和所述第一数目的齿的定向；

根据所述网格对矩阵确定所述多个齿轮中的第一齿轮的操作参数的所计算的值；

根据所述所计算的值和由所述传感器检测到的所述操作参数来确定所述第一齿轮的操作度量；以及

提供所述操作参数的所述所计算的值。

8.如权利要求7所述的方法，其中表征所述齿轮箱的所述结构的数据包括所述多个齿轮中的所述第一齿轮的齿的第一数目、第二齿轮的齿的第二数目，以及所述第一数目个齿与所述第二数目个齿之间的定向。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述操作参数是所述第一齿轮的角速度，并且所述操作度量是与所述第一齿轮相关联的故障频率。

10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

计算所述操作度量与预定阈值之间的差。

11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括：

响应于确定所述操作度量超过预定阈值而终止所述齿轮箱的操作。

12.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括基于与所述齿轮箱相关联的预定数据库来验证表征所述齿轮箱的所述结构的所述所接收的数据。

13.如权利要求7所述的方法，其中通过形成至少一个计算系统的部分的至少一个数据处理器来执行所述接收、所述产生、所述计算和所述提供中的至少一者。

14.一种存储指令的非暂时性机器可读介质，所述指令在由至少一个数据处理器执行时致使所述至少一个数据处理器执行包括以下各者的操作：

接收表征包括多个齿轮的齿轮箱的结构的数据，所接收的数据指示第一齿轮的齿的第一数目和第一数目的齿的定向；

接收表征与所述齿轮箱中的所述第一齿轮相关联的操作参数的数据，所述操作参数由操作地联接至所述齿轮箱的传感器检测；

基于表征所述齿轮箱的所述结构的所述所接收的数据而产生所述多个齿轮的网格对矩阵，所述网格对矩阵包括表示线性方程组的矩阵，所述线性方程组表示所述多个齿轮中的齿轮之间的运动学关系，其中所述线性方程组包括所述齿的第一数目和所述第一数目的齿的定向；

根据所述网格对矩阵确定所述多个齿轮中的第一齿轮的操作参数的所计算的值；

根据所述所计算的值和由所述传感器检测到的所述操作参数来确定所述第一齿轮的操作度量；以及

提供所述操作参数的所述所计算的值。

15.如权利要求14所述的非暂时性机器可读介质，其中表征所述齿轮箱的所述结构的数据包括所述多个齿轮中的所述第一齿轮的齿的第一数目、第二齿轮的齿的第二数目，以及所述第一数目个齿与所述第二数目个齿之间的定向。

16.如权利要求15所述的非暂时性机器可读介质，所述操作还包括：

从操作性地联接到所述第一齿轮的传感器接收所述操作参数的检测到的值；以及

基于所述操作参数的所述所计算的值和所述检测到的值来确定所述第一齿轮的操作度量。

17.如权利要求16所述的非暂时性机器可读介质，其中所述操作参数是所述第一齿轮的角速度，并且所述操作度量是与所述第一齿轮相关联的故障频率。

18.如权利要求17所述的非暂时性机器可读介质，所述操作还包括：

计算所述操作度量与预定阈值之间的差；以及

响应于确定所述操作度量超过预定阈值而终止所述齿轮箱的操作。

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