DE112017001631T5

DE112017001631T5 - Zustandsüberwachungssystem eines Getriebes und Zustandsüberwachungsverfahren

Info

Publication number: DE112017001631T5
Application number: DE112017001631.2T
Authority: DE
Inventors: Kohei Kamiya; Hidyuki Tsutsui
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-12-13
Also published as: CN109073505A; US10883896B2; WO2017170270A1; US20190033169A1

Abstract

Ein Zustandsüberwachungssystem zum Überwachen des Zustands eines Getriebes, das eine Mehrzahl von Zahnradpaaren besitzt, umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz. Die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz umfasst eine Berechnungseinheit für die Maximalamplitude, die eine maximale Amplitude anhand einer detektierten Zahneingriffsvibration berechnet, in geschätzten Frequenzbereichen und einem festgelegten Bereich einer Harmonischen, und wählt solche geschätzten Frequenzen aus, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich einem festgelegten Mehrfachen ist, ferner umfassend eine Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz, die diejenige geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren der geschätzten Frequenzbereiche innerhalb eines festgelegten Zeitraums berechnet worden sind, als die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte unter den ausgewählten geschätzten Frequenzen als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars auswählt, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldungen Nummer 2016-068285, 2016-068286 und 2016-068287 , die jeweils am 30. März 2016 eingereicht wurden, deren gesamte Offenbarung in der vorliegenden Anmeldung durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zustandsüberwachungssystem, das einen Zustand eines Getriebes überwacht, in dem eine Mehrzahl von Sensoren benutzt wird, zum Beispiel für einen Windkraftgenerator oder eine große Anlage.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Heutzutage wird der Zustand einer drehbaren Komponente in einem Windkraftgenerator, einer großen Anlage und dergleichen durch Messen physikalischer Größen durch unterschiedliche Sensoren überwacht. Insbesondere wird bei einem Zustandsüberwachungssystem einer sich drehenden Maschine eine Rotationsfrequenz und eine Vibrationsfrequenz, die durch eine Unregelmäßigkeit einer drehbaren Komponente erzeugt wird, gemäß der Entwurfsspezifikation einer Lagerung und eines Zahnrads festgestellt und überwacht, bei denen es sich um drehbare Komponenten handelt, wodurch eine Unregelmäßigkeit für jede Komponente diagnostiziert wird.
Beispielsweise wird, wenn eine Komponente eine Unregelmäßigkeit erzeugt hat, die als Wälzlager identifiziert wurde, eine Technologie vorgeschlagen, die den Fokus wegen der Unregelmäßigkeit lediglich auf die Frequenz legt, die gemäß der Entwurfsspezifikation des Lagers berechnet werden kann (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Ferner wird in dem Fall eines Zahnrads eine Technologie vorgeschlagen, bei der der Fokus auf die Frequenz gelegt wird, die durch den Zahneingriff entsteht und die gemäß der Entwurfsspezifikation des Zahnrads berechnet werden kann, um einen ungewöhnlichen Zustand des Zahnrads festzustellen (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
[Zugehöriges Dokument]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] japanische offengelegte Patentanmeldung Nummer 2006-234785
[Patentdokument 2] japanische offengelegte Patentanmeldung Nummer H02-240536

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch kann im Allgemeinen, da Hersteller von drehbaren Maschinen die Entwurfsspezifikation nicht veröffentlichen, die oben beschriebene charakteristische Vibrationsfrequenz nicht festgestellt werden. Daher wird die Anomalie häufig so bestimmt, als wäre sie in einem Fall aufgetreten, wenn unterschiedliche Werte wie ein Effektivwert und ein Maximalwert aus Daten berechnet werden und eine größere Änderung wird im Vergleich zu einem normalen Zustand festgestellt. In diesem Fall, da ein nicht normaler Abschnitt nicht festgestellt werden kann und ein nicht normaler Zustand nicht geschätzt werden kann, ist die Festlegung der Wartungszeit und die Festlegung der Inspektion für die Ermittlung der Ursache der Anomalie schwierig.
Wenn ein Objekt, umfassend ein Zahnrad, dessen Entwurfsspezifikationen unbekannt sind, hinsichtlich seines Zustands überwacht wird, kann eine Anomalie des Zahnrads nicht ausreichend diagnostiziert werden auf der Basis der Werte wie ein Effektivwert und ein Maximalwert der Daten. Eine Technologie, bei der eine Frequenz, die durch das Zahnrad verursacht wird, gemäß den Daten eines normalen Werts festgestellt wird, ist erforderlich, um eine speziellere Diagnose durchzuführen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustands und ein Zustandsüberwachungssystem anzugeben, die die Frequenz des Zahneingriffs oder die Anzahl der Zähne feststellen kann, was nützlich ist zum Diagnostizieren einer Anomalie eines Zahnrads in einem Getriebe, das eine Mehrzahl von Zahnradpaaren aufweist, deren Zahnradentwurfsspezifikationen unbekannt sind.
Ein Zustandsüberwachungssystem der vorliegenden Erfindung ist auf ein Zustandsüberwachungssystem zum Überwachen eines Zustands einem Getriebe gerichtet, umfassend eine Mehrzahl von Zahnradpaaren und das Zustandsüberwachungssystem umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen der Frequenz des Zahneingriffs, um die Frequenz des Zahneingriffs der mehreren Zahnradpaare festzustellen, in einem Drehzahlerhöher und/oder einem Drehzahlverringerer, der jeweils das Getriebe bildet.
Die Vorrichtung zum Bestimmen der Frequenz des Zahneingriffs umfasst:

einen Sensor, der zum Detektieren einer Zahneingriffsfrequenz konfiguriert ist, die in jedem Zahnradpaar auftritt,
eine Einheit zum Festlegen eines Bereichs einer Harmonischen, die zum Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz konfiguriert ist, um als Bereich der Harmonischen inspiziert zu werden,
eine Einheit zum Festlegen eines Inspektionsfrequenzbereichs, in dem eine Mehrzahl von geschätzten Frequenzbereichen, die im Hinblick auf die Zahneingriffsfrequenz inspiziert werden, festgelegt werden,
eine Berechnungseinheit für die Maximalwertamplitude, die zum Berechnen einer Maximalwertamplitude aus der Zahneingriffsvibration konfiguriert ist, die durch den Sensor detektiert worden ist, in den geschätzten Frequenzbereichen, die durch die Einheit zum Festlegen eines Inspektionsfrequenzbereichs festgesetzt sind und in dem Bereich der Harmonischen, der durch die Einheit zum Festlegen eines Bereichs der Harmonischen festgelegt worden ist, und die zum Auswählen derartiger geschätzter Frequenzen konfiguriert ist, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich zu einem festgelegten Mehrfachen ist, und
eine Einheit zum Festlegen einer Zahneingriffsfrequenz, die zum Festlegen einer geschätzten Frequenz konfiguriert ist, die einen Gesamtwert von Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen innerhalb einer festgelegten Zeit berechnet worden sind, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der geschätzten Frequenzen ist, die durch die Berechnungseinheit für die Maximalwertamplitude ausgewählt worden sind, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt, festlegt.

Das festgesetzte Mehrfache und die festgesetzte Zeit sind jeweils ein Mehrfaches und eine Zeit, die optional beim Entwurf oder dergleichen festgelegt werden. Beispielsweise werden ein passendes Mehrfaches und eine Zeit gemäß einem Test und oder einer Simulation erhalten und festgelegt (dasselbe gilt für das Zustandsüberwachungsverfahren für ein Getriebe, das nachfolgend beschrieben wird).
Bei diesem Aufbau führt die Einheit zum Festlegen eines Bereichs der Harmonischen das Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz durch, die als Bereich der Harmonischen inspiziert wird. Beispielsweise wird der Bereich der Harmonischen darauf basierend festgelegt, dass das Mehrfache der geschätzten Frequenz häufig als Harmonische aufgrund der Zahneingriffsvibration eines normalen Zahnradpaares auftritt. Die Einheit zum Festlegen eines Inspektionsfrequenzbereichs legt eine Mehrzahl von geschätzten Frequenzbereichen fest, die im Hinblick auf die Zahneingriffsfrequenz inspiziert werden.
Die Berechnungseinheit für die Maximalwertamplitude berechnet eine Maximalwertamplitude aus der von dem Sensor detektieren Zahneingriffsvibration in den geschätzten Frequenzbereichen, basierend auf den festgelegten Bereichen der Harmonischen. Ferner wählt die Berechnungseinheit für die Maximalwertamplitude solche geschätzten Frequenzen aus, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich groß wie ein festgelegtes Mehrfaches ist. Derartige geschätzte Frequenzen, bei denen der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den benachbarten Bereichen kleiner als oder gleich groß wie ein festgelegtes Mehrfaches ist, werden ausgewählt, sodass eine Unterscheidung zwischen einer selbst induzierten Vibration einer tatsächlichen Maschine und einer erzwungenen Vibration wie eine Zahneingriffsfrequenz vorgenommen werden kann.
Die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt diejenige geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert von Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb einer festgelegten Zeit, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der geschätzten Frequenzen ist, die wie oben diskutiert ausgewählt worden sind, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt. Die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz macht von dem Phänomen Gebrauch, dass je höher die Zahnoberflächengeschwindigkeit ist, desto höher die Zahneingriffsfrequenz bei einem normalen Getriebepaar ist. Dementsprechend kann die Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars, die für die Diagnose eines nicht normalen Zahnrades nützlich ist, festgestellt werden.
Das Zustandsüberwachungssystem der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum Feststellen der Zahnanzahl umfassen, die zum Feststellen der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes konfiguriert ist, das einen Drehzahlerhöher und/oder einen Drehzahlverringerer aufweist, die jeweils eine Mehrzahl von Zahnradpaaren besitzen und bei denen es sich jeweils um ein Getriebe handelt.
Die Vorrichtung zum Feststellen der Zahnanzahl kann umfassen:

die Vorrichtung zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz, und
eine Einheit zum Feststellen der Zahnanzahl des Planetengetriebes, die zum Feststellen der Anzahl der Zähne des Planetengetriebes, bei denen ein Geschwindigkeitsverhältnis maximal ist, konfiguriert ist, anhand der Zahneingriffsfrequenz, die durch die Einheit zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz festgestellt worden ist, durch Verwenden einer festgelegten Bedingung für die Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes.

Die Vorrichtung zum Feststellen der Zahnanzahl legt die Anzahl der Zähne des Planetengetriebes fest, bei denen ein Geschwindigkeitsverhältnis maximal ist, durch Verwenden einer festgelegten Bedingung für ein Planetengetriebe, aus der festgelegten Zahneingriffsfrequenz. Daher kann eine Frequenz, die für die Diagnose eines nicht normalen Zahnrades nützlich ist, berechnet werden.
In dem Zustandsüberwachungssystem kann die Vorrichtung zum Feststellen der Zahnanzahl eine Vorrichtung zum Feststellen der Zahnanzahl sein, die zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Drehzahlerhöhers einer Windturbine konfiguriert ist, umfassend ein Planetengetriebe vom Einzelantriebsradtyp, das ein Zahnradpaar besitzt und eine zweistufige Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen, die zwei Zahnradpaare besitzt.
Die Vorrichtung zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz kann konfiguriert sein zum:

Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb der festgelegten Zeit, die die größte ist, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen;
Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den zweitgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Zwischengeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen; und
Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den drittgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes der Planetengetriebevorrichtung.

Die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl kann ferner eine Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl eines zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen besitzen, das zum Bestimmen der Anzahl der Zähne der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen konfiguriert ist, bei der die Differenz der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaaren kleiner als oder gleich 1,5 ist, wobei die Zahneingriffsfrequenz zwischen der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt wird und das Verhältnis der Geschwindigkeitszunahme des Planetengetriebes anhand der Anzahl der Zähne berechnet wird, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl des Planetengetriebes berechnet worden ist.
Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt diejenige geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen innerhalb der festgelegten Zeit berechnet worden sind, die die größte ist, als Zahneingriffsfrequenz zwischen der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung; und sie bestimmt eine geschätzte Frequenz, deren Gesamtwert der zweitgrößte ist, als Zahneingriffsfrequenz zwischen der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung 16 mit parallelen Wellen; und sie bestimmt eine geschätzte Frequenz, deren Gesamtwert am drittgrößten ist, als Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes. Wie oben beschrieben wurde, macht die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz Gebrauch von dem Phänomen, dass je höher die Zahnoberflächengeschwindigkeit ist, die Vibration durch Zahneingriff bei einem normalen Zahnradpaar umso höher ist. Dementsprechend kann die Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpars, die für die Diagnose einer Anomalie des Zahnrades nützlich ist, bestimmt werden. Die zweistufige Bestimmungseinheit 47 für die Zahnanzahl mit zwei parallelen Wellen bestimmt die Anzahl der Zähne der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen, bei denen ein Unterschied der Geschwindigkeit zwischen den zwei Zahnradpaaren weniger als oder gleich 1,5 ist, durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz zwischen den parallelen Zwischenfrequenzwellen und der Hochgeschwindigkeitswelle und der Zahneingriffsfrequenz zwischen den parallelen Wellen des der Niedergeschwindigkeitswelle und der Zwischengeschwindigkeitswelle, die beide durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt werden, und das Verhältnis der Geschwindigkeitszunahme des Planetengetriebes, das anhand der Anzahl der Zähne berechnet wird, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl des Planetengetriebes bestimmt worden ist. Die zweistufige Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl für die parallelen Wellen mit Zahnrädern legt den Unterschied der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den Zahnradpaaren so fest, dass er niedriger als oder gleich 1,5 ist, um eine unterschiedliche Abnutzung der Zahnoberflächen der beiden Zahnradpaare zu verhindern. Dementsprechend kann die Anzahl der Zähne für das Zahnrad des Drehzahlerhöhers für eine Windturbine bestimmt werden, was nützlich für die Diagnose einer Anomalie ist.
Die Einheit zum Festlegen eines Bereichs der Harmonischen kann das Festlegen so durchführen, dass bestimmt wird, ob ein Bereich der Harmonischen inspiziert wird, der bis zu dem Dreifachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz entspricht. Der Grund dafür ist, dass eine Harmonische, die bis zu dem Dreifachen der geschätzten Frequenz entspricht, häufig aufgrund der Vibration durch den Zahneingriff eines normalen Zahnradpaars auftritt.
Das Zustandsüberwachungssystem der vorliegenden Erfindung kann eine Bestimmungseinheit für die Zahneingriffsfrequenz für jegliche Zahnradpaare umfassen und sie kann eine Überwachungseinheit umfassen, die zum Überwachen des Auftretens von folgendem konfiguriert ist: Zunahme und/oder Abnahme einer harmonischen Komponente; und eines Seitenbands, basierend auf der bestimmten Zahneingriffsfrequenz. In dieser Konfiguration ist die Zahneingriffsfrequenz bekannt und die Überwachungseinheit überwacht beispielsweise das Auftreten von: Zunahme und Abnahme einer harmonischen Komponente; oder eines Seitenbands, wobei eine genaue Zustandsüberwachung wie eine Berechnung des Maßes der Abnutzung auf einer Zahnoberfläche oder ein nicht normaler Zustand eines Zahnrads vorgenommen werden kann
Ein Verfahren zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Getriebes, umfassend eine Mehrzahl von Zahnradpaaren und umfassend ein Verfahren zum Bestimmen des Zahneingriffs des Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz aller der mehreren Zahnradpaare in dem Drehzahlerhöher und/oder dem Drehzahlverringerer, die jeweils das Getriebe bilden.
Das Verfahren zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz umfasst
einen Schritt des Detektierens einer Vibration durch Zahneingriff, der in jedem Zahnradpaar auftritt, durch Benutzen eines Sensors, einen Schritt des Festlegens eines Bereichs der Harmonischen durch Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz, der als Bereich der Harmonischen festgelegt wird,
einen Schritt des Festlegens eines Frequenzbereichs für die Inspektion durch Festlegen einer Mehrzahl von geschätzten Frequenzbereichen, die für die Zahneingriffsfrequenz inspiziert werden,
einen Berechnungsschritt für die maximale Amplitude durch Berechnen einer Maximalamplitude anhand der durch den Zahneingriff verursachten Vibration, die durch den Sensor detektiert worden ist, in den geschätzten Frequenzbereichen, die in dem Schritt des Festlegen des Frequenzbereichs für die Inspektion festgelegt werden und in dem Bereich der Harmonischen, der durch den Schritt des Festlegen des Bereichs der Harmonischen festgelegt wird, und der dazu konfiguriert ist, solche geschätzten Frequenzen auszuwählen, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich wie das festgelegte Mehrfache ist, und
einen Schritt des Festlegen der Zahneingriffsfrequenz zum Festlegen einer geschätzten Frequenz, die einen gesamten Wert der Maximalwertamplitude besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb einer festgelegten Zeit, der der k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der geschätzten Frequenzen ist, die durch den Schritt zum Berechnen der Maximalwertamplitude ausgewählt worden ist, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpars, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt.
In dieser Konfiguration wird in dem Schritt zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen das Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz vorgenommen, die als Bereich der Harmonischen inspiziert wird. Beispielsweise wird der Bereich der Harmonischen festgelegt, basierend darauf, welches Mehrfache der geschätzten Frequenz häufig als Harmonische auftritt aufgrund der Vibration durch den Zahneingriff eines normalen Zahnradpaars. In dem Schritt des Festlegens des Frequenzbereichs für die Inspektion werden geschätzte Frequenzbereiche, die für die Frequenz für den Zahneingriff zu inspizieren sind, festgelegt.
In dem Schritt der Berechnung der Maximalwertamplitude wird eine Maximalwertamplitude aus der Vibration durch den Zahneingriff berechnet, die durch den Sensor detektiert worden ist, in den geschätzten Frequenzbereichen und in dem Bereich der Harmonischen, wie oben beschrieben wurde. Ferner, in dem Schritt der Berechnung der Maximalwertamplitude werden solche geschätzten Frequenzen so ausgewählt, dass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich wie ein festgelegtes Mehrfaches ist. Derartige geschätzte Frequenzen, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude kleiner als oder gleich wie ein festgelegtes Mehrfaches ist, werden ausgewählt, wodurch eine Unterscheidung zwischen einer selbst induzierten Vibration einer tatsächlichen Maschine und einer erzwungenen Vibration wie die Frequenz des Zahneingriffs gemacht werden kann.
In dem Schritt des Bestimmens der Zahneingriffsfrequenz wird diejenige geschätzte Frequenz, so dass der Gesamtwert der Maximalwertamplitude, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden ist, innerhalb einer festgelegten Zeit, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der geschätzten Frequenzen sind, durch den Schritt zum Berechnen der Maximalwertamplitude, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars festgelegt, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt. In dem Schritt zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz wird von dem Phänomen Gebrauch gemacht, dass je höher die Geschwindigkeit der Zahnoberflächen ist, die Vibration durch Zahneingriff desto höher ist, bei einem normalen Zahnradpaar. Dementsprechend kann die Zahneingriffsfrequenz eines jeden Zahnradpaars bestimmt werden, was für die Diagnose eines nicht normalen Zahnrades nützlich ist.
Das Zustandsüberwachungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Feststellen der Zahnanzahl zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes umfassen, das einen Drehzahlerhöher und/oder einen Drehzahlreduzierer besitzt, die jeweils eine Mehrzahl von Zahnradpaaren besitzen und die jeweils als Getriebe ausgebildet sind.
Das Verfahren zum Feststellen der Zahnanzahl kann umfassen
das Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz, und
einen Schritt zum Feststellen der Zahnanzahl des Planetengetriebes zum Feststellen der Anzahl der Zähne, bei der ein Geschwindigkeitsverhältnis maximal ist, anhand der Zahneingriffsfrequenz, die durch das Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz festgestellt worden ist, durch Verwenden einer festgelegten Bedingung für die Zahnanzahl eines Planetengetriebes.
In dem Schritt zum Feststellen der Anzahl der Zähne des Planetengetriebes wird die Anzahl der Zähne des Planetengetriebes, bei dem ein Geschwindigkeitsverhältnis maximal wird, festgestellt durch Verwenden der Bedingung für die Zahnanzahl anhand der festgestellten Zahneingriffsfrequenz. Dementsprechend kann eine Frequenz, die nützlich ist für eine Diagnose einer Anomalie des Zahnrads berechnet werden.
In dem Zustandsüberwachungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zum Feststellen der Zahnanzahl ein Verfahren sein zum Feststellen der Anzahl der Zähne eines Drehzahlerhöhers für eine Windturbine, umfassend ein Planetengetriebe, das ein Zahnradpaar besitzt und ein zweistufiges Getriebe mit parallelen Wellen, das zwei Zahnradpaare besitzt.
Das Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz kann umfassen:

Feststellen einer geschätzten Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb der festgelegten Zeit, die die größte ist, als Zahneingriffsfrequenz zwischen der Mittelgeschwindigkeitswelle und der parallelen Hochgeschwindigkeitswelle des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen;
Bestimmen einer geschätzten Frequenz, deren Gesamtwert der zweitgrößte ist, als Zahneingriffsfrequenz zwischen einem der Niedergeschwindigkeitswelle und der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen; und
Feststellen einer geschätzten Frequenz, die einen Gesamtwert besitzt, der der drittgrößte ist, als Zahneingriffsfrequenz in dem Planetengetriebe.

Das Verfahren zum Feststellen der Zahnanzahl kann ferner umfassen
einen Schritt zum Feststellen der Zahnanzahl eines zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen zum Feststellen der Anzahl der Zähne des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen, bei der der Unterschied der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaaren kleiner als oder gleich 1,5 ist, durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der parallelen Hochgeschwindigkeitswelle und der Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle, die beide durch die Einheit zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz festgestellt worden sind, und durch Benutzen des Verhältnisses des Geschwindigkeitsanstiegs des Planetengetriebes, das anhand der Anzahl der Zähne berechnet worden ist, die durch die Einheit zum Feststellen der Zahnanzahl des Planetengetriebes festgestellt worden ist.
In dem Schritt zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz wird eine solche geschätzte Frequenz, so dass der Gesamtwert der Maximalwertamplituden, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb einer festgelegten Zeit, am größten ist, als Zahneingriffsfrequenz zwischen der Mittelgeschwindigkeitswelle und der parallelen Hochgeschwindigkeitswelle durch das zweistufige Getriebe mit parallelen Wellen festgelegt. Solch eine geschätzte Frequenz, so dass der Gesamtwert der zweitgrößte ist, wird als Zahneingriffsfrequenz zwischen der Mittelgeschwindigkeitswelle und der parallelen Hochgeschwindigkeitswelle durch das zweistufige Getriebe mit parallelen Wellen festgelegt. Solch eine geschätzte Frequenz, dass der Gesamtwert der drittgrößte ist, wird als Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes festgelegt. Wie oben beschrieben wurde, wird in dem Schritt zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz von dem Phänomen Gebrauch gemacht, dass je höher die Zahnoberflächengeschwindigkeit ist, desto größer die Vibration durch den Zahneingriff ist, bei einem normalen Zahnradpaar. In dem Schritt zum Feststellen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen wird die Anzahl der Zähne des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen, bei der der Unterschied der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den zwei Zahnradpaaren kleiner als oder gleich 1,5 ist, bestimmt durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der parallelen Hochgeschwindigkeitswelle und der Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle, und durch Benutzen des Verhältnisses der Geschwindigkeitszunahme des Planetengetriebes, das anhand der Anzahl der Zähne berechnet werden kann, die in dem Schritt des Feststellen der Anzahl der Zähne des Planetengetriebes festgestellt worden ist. Dementsprechend kann die Anzahl der Zähne des Zahnrads des Drehzahlerhöhers für eine Windturbine, die nützlich ist zur Diagnose eines nicht normalen Zahnrades, festgestellt werden.
Jegliche Kombination von wenigstens zwei Konstruktionen, die in den angehängten Patentansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den zugehörigen Zeichnungen offenbart ist, sollte so verstanden werden, als wäre sie in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten. Insbesondere soll jede Kombination von zwei oder mehr der zugehörigen Patentansprüche ebenfalls so verstanden werden, als ob sie in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Figurenliste
Auf jeden Fall ist die vorliegende Erfindung klarer zu verstehen anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen. Allerdings werden die Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen lediglich für den Zweck der Darstellung und Erläuterung verwendet und sie dienen nicht zur Begrenzung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise, dessen Schutzbereich durch die angehängten Patentansprüche festgelegt wird. In den zugehörigen Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen benutzt, um gleiche Bauteile in den mehreren Ansichten zu bezeichnen, und:

1 zeigt schematisch die gesamte Konfiguration eines Zustandsüberwachungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch einen Windkraftgenerator, der durch das Zustandsüberwachungssystem überwacht werden kann;
3 ist eine geschnittene Ansicht eines Drehzahlerhöhers des Windenergiegenerators;
4 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein Regelsystem des Zustandsüberwachungssystems;
5 stellt eine Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars dar, die durch die Einheit zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz des Zustandsüberwachungssystems festgestellt worden ist;
6 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz, das durch die Einheit zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz durchgeführt wird;
7 ist ein Flussdiagramm und zeigt einen Verfahrensschritt des Feststellens der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes des Drehzahlerhöhers;
8 ist ein Flussdiagramm und zeigt einen Verfahrensschritt zum Feststellen der Anzahl der Zähne eines zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen des Drehzahlerhöhers; und
9 zeigt einen Frequenzbereich für Messdaten jedes Sensors während eines bewerteten Betriebs beim Testen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Zustandsüberwachungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Zustandsüberwachungssystem Stm ein System, das einen Zustand eines Getriebes wie ein Drehzahlerhöher in einem Windkraftgenerator 1 (nachfolgend einfach als „Windturbine“ bezeichnet) überwacht, und eine Überwachungsvorrichtung 2, einen Datenserver 3, und ein Überwachungsterminal 4 umfasst. Die Überwachungsvorrichtung 2 besitzt eine Mehrzahl von Sensoren Sa, Sb (3) und besitzt die Funktion, notwendige Messdaten anhand von durch die Sensoren Sa, Sb (3) detektierter Werte zu berechnen und die Daten an den Datenserver 3 zu übertragen. Der Datenserver 3 und das Überwachungsterminal 4 sind miteinander beispielsweise durch ein Unternehmens-LAN (LAN: Local Area Network) verbunden. Die von dem Datenserver 3 empfangenen Messdaten werden durch das weiter unten beschriebene Überwachungsterminal 4 ausgegeben. Das Überwachungsterminal 4 zeigt eine spezifische Analyse der Messdaten, die Änderung von Einstellungen der Überwachungsvorrichtung 2 und den Zustand jeder Vorrichtung in dem Windkraftgenerator 1 an.
Der Windkraftgenerator 1 wird nun beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Windkraftgenerator 1 eine Hauptwelle 5, ein Blatt 6, einen Drehzahlerhöher 7, der ein Getriebe ist, einen Generator 8, und ein Hauptlager 9. Der Windkraftgenerator 1 umfasst die mehreren Sensoren Sa, Sb (3) und die Überwachungsvorrichtung 2. Der Drehzahlerhöher 7, der Generator 8, das Hauptlager 9, die mehreren Sensoren Sa, Sb (3), und die Überwachungsvorrichtung 2 sind in einer Gondel 10 aufgenommen, und die Gondel 10 ist auf einem Turm 11 gelagert.
Die Hauptwelle 5 ist mit einer Eingangswelle des Drehzahlerhöhers 7 verbunden und durch das Hauptlager 9 drehbar gehalten. Das Blatt 6 ist an dem vorderen Ende einer Hauptwelle 12 angeordnet und nimmt Wind auf. Die Hauptwelle 12 überträgt ein Drehmoment, das durch das Blatt 6 erzeugt worden ist, das Wind aufgenommen hat, auf die Eingangswelle des Drehzahlerhöhers 7. Das Hauptlager 9 ist als Wälzlager ausgebildet, wie ein selbstausrichtendes Wälzlager, ein Kegelrollenlager, ein Zylinderrollenlager oder ein Kugellager.
Wie in 3 gezeigt ist, sind zwei Arten von Sensoren, nämlich ein Beschleunigungssensor Sa und ein Drehzahlsensor Sb als die mehreren Sensoren Sa, Sb vorhanden. Der Beschleunigungssensor Sa ist an einem Gehäuse 13 des Drehzahlerhöhers 7 angebracht. Der Beschleunigungssensor Sa detektiert Zahneingriffsvibration, die durch jedes Zahnradpaar erzeugt wird. Der Drehzahlsensor Sb misst eine Drehzahl (Hauptwellendrehzahl) eines Trägers 14, der weiter unten beschrieben wird.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Drehzahlerhöher 7 zwischen der Hauptwelle 12 und dem Generator 8 angeordnet. Der Drehzahlerhöher 7 erhöht die Drehzahl der Hauptwelle 12 zum Ausgeben an den Generator 8. Der Generator 8 ist mit einer Ausgangswelle (Hochgeschwindigkeitswelle) des Drehzahlerhöhers 7 verbunden und erzeugt Leistung durch das von dem Drehzahlerhöher 7 empfangene Drehmoment. Als Generator 8 wird beispielsweise ein Induktionsgenerator benutzt.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Drehzahlerhöher 7 für eine Windturbine ein Einzelantrieb-Planetengetriebe 15, umfassend ein Zahnradpaar und ein zweistufiges Getriebe 16 mit parallelen Wellen, umfassend zwei Zahnradpaare. Das Einzelantrieb-Planetengetriebe 15 und das zweistufige Getriebe mit parallelen Wellen sind in demselben Gehäuse 13 angeordnet. Das Planetengetriebe 15 erhöht die Drehzahl einer Eingangswelle 17 und überträgt die Drehung an eine Niedergeschwindigkeitswelle 18. Die Niedergeschwindigkeitswelle 18 ist konzentrisch zu der Eingangswelle 17 angeordnet. Das zweistufige Getriebe 16 mit parallelen Wellen erhöht die Drehzahl der Niedergeschwindigkeitswelle 18 weiter und überträgt die Drehung an eine Hochgeschwindigkeitswelle 19, die eine Ausgangswelle ist.
Das Planetengetriebe 15 umfasst ein Sonnenrad 20, Planetenräder 21 und ein Hohlrad 22. Jedes Planetenrad 21 ist in Eingriff mit dem Sonnenrad 20 und dem Hohlrad 22. Das Hohlrad 22 ist auf der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 13 ausgebildet. Die Niedergeschwindigkeitswelle 18 ist durch die Niedergeschwindigkeitslager 23, 24 drehbar gelagert. Das Sonnenrad 20 ist fest mit der äußeren Umfangsfläche der Niedergeschwindigkeitswelle 18 verbunden.
Die Planetenräder 21 sind durch den Halter 14 gelagert. Der Halter 14 ist ein Eingangsabschnitt des Planetengetriebes 15 und ist integral und konzentrisch mit der Eingangswelle 17 angeordnet. Der Träger 14 ist durch das Gehäuse 13 durch die Planetenträgerlager 25, 26 so gelagert, dass er drehbar ist. Das Planetenträgerlager 25 ist rotorseitig in dem Gehäuse 13 angeordnet, und das Planetenträgerlager 26 ist generatorseitig in dem Gehäuse 13 angeordnet. Der Träger 14 besitzt eine Mehrzahl von Planetenwellen 27, die in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung beanstandet sind. Die Planetenräder 21 sind durch die Planetenwellen 27 drehbar über Planetenlager 28 gelagert.
Das zweistufige Getriebe mit parallelen Wellen 16 umfasst ein großes Zahnrad 29 der Niedergeschwindigkeitswelle und ein kleines Zahnrad 30 der Mittelgeschwindigkeitswelle eines ersten Zahnradpaars, und ein großes Zahnrad 31 der Mittelgeschwindigkeitswelle und ein kleines Zahnrad 32 der Hochgeschwindigkeitswelle eines zweiten Zahnradpaars. Das große Zahnrad 29 der Niedergeschwindigkeitswelle ist fest an dem Außenumfang der Niedergeschwindigkeitswelle 18 angebracht. In dem Gehäuse 13 sind Lager 33, 34 in einem radial äußeren Abschnitt der Niedergeschwindigkeitswelle 18 gelagert, und eine Mittelgeschwindigkeitswelle 35 ist über die Lager 33, 34 drehbar gelagert. Das kleine Zahnrad 30 der Mittelgeschwindigkeitswelle ist fest mit dem Außenumfang der Mittelgeschwindigkeitswelle 35 verbunden, und das kleine Zahnrad 30 der Mittelgeschwindigkeitswelle und das große Zahnrad 29 der Niedergeschwindigkeitswelle sind so angeordnet, dass sie ineinander eingreifen.
In dem Gehäuse 13 ist die Hochgeschwindigkeitswelle 19 in einem radial äußeren Abschnitt der Mittelgeschwindigkeitswelle 35 angeordnet. Die Hochgeschwindigkeitswelle 19 ist über Lager 36, 37 drehbar gelagert und in dem Gehäuse 13 gelagert. Die Hochgeschwindigkeitswelle 19, die Mittelgeschwindigkeitswelle 35 und die Niedergeschwindigkeitswelle 18 sind so angeordnet, dass sie parallel zu der Eingangswelle 17 sind. Das große Zahnrad 31 der Mittelgeschwindigkeitswelle ist mit dem Außenumfang der Mittelgeschwindigkeitswelle 35 fest verbunden. Das große Zahnrad 31 der Mittelgeschwindigkeitswelle ist mit dem kleinen Zahnrad 32 der Hochgeschwindigkeitswelle, die mit dem Außenumfang der Hochgeschwindigkeitswelle 19 fest verbunden ist, im Eingriff. Der untere Abschnitt des Gehäuses 13 bildet ein Ölbad aus Schmieröl.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, dreht sich der Träger 14, wenn das Blatt 6 Wind aufnimmt und sich die Eingangswelle 17 dreht. Somit laufen die Planetenräder 21 um. Jedes Planetenrad 21 läuft um, während es mit dem Hohlrad 22 im Eingriff ist und dreht sich somit. Das Planetenrad 21, das sich dreht, während es umläuft, ist im Eingriff mit dem Sonnenrad 20, sodass sich die Geschwindigkeit des Sonnenrads 20 erhöht und das Sonnenrad 20 relativ zu der Eingangswelle 17 gedreht wird. Die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrads 20 wird weiter durch das zweistufige Getriebe mit parallelen Wellen 16 erhöht, und die Drehung wird auf die Hochgeschwindigkeitswelle 19 übertragen, die die Ausgangswelle ist. Eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit, die die Erzeugung von elektrischer Leistung ermöglicht, kann durch die Hochgeschwindigkeitswelle 19 erhalten werden.
4 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein Regelsystem des Zustandsüberwachungssystems Stm. Das Zustandsüberwachungssystem Stm umfasst eine Vorrichtung 38 zum Bestimmen der Zahnanzahl zum Bestimmen der Anzahl der Zähne des Drehzahlerhöhers 7 (2). Die Vorrichtung 38 zum Bestimmen der Zahnanzahl umfasst die Überwachungsvorrichtung 2, den Datenserver 3 und einen Controller 39 des Überwachungsterminals 4.die Vorrichtung 38 zum Bestimmen der Zahnanzahl umfasst eine Vorrichtung 40 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz. Die Vorrichtung 40 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz stellt die Zahneingriffsfrequenz aller (drei in diesem Beispiel) der mehreren Zahnradpaare fest. Die nachfolgende Beschreibung umfasst auch die Beschreibung eines Verfahrens zum Bestimmen der Zahnanzahl zum Festlegen der Anzahl der Zähne des Drehzahlerhöhers 7 (2) und eine Beschreibung eines Verfahrens zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz des Zahnradpaars.
Das Überwachungsterminal 4 umfasst den Controller 39, der eine Überwachungseinheit ist, und eine Anzeigeeinheit 41. Der Controller 39 umfasst einen Computer wie einen Mikrocomputer und ein durch den Computer ausgeführtes Programm, und eine elektronische Schaltung und dergleichen. Der Controller 39 umfasst eine Einheit 42 zum Festlegen eines harmonischen Bereichs, und eine Einheit 43 zum Festlegen eines Inspektionsfrequenzbereichs, eine Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude, eine Einheit 45 zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz, eine Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads, und eine Einheit 47 zum Feststellen der Zahnanzahl des 2-stufigen Getriebes mit parallelen Wellen.
Die Einheit 42 zum Festlegen eines harmonischen Bereichs führt das Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz einer Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars des Drehzahlerhöhers 7 (3) durch, die als harmonischer Bereich untersucht wird. In diesem Beispiel wird das Festlegen durchgeführt, um zu bestimmen, ob der harmonische Bereich bis zu dem Dreifachen einer geschätzten Frequenz einer Zahneingriffsfrequenz zu untersuchen ist oder nicht. Der Grund dafür ist, dass eine Harmonische bis zu dem Dreifachen der geschätzten Frequenz häufig aufgrund von Zahneingriffsvibration eines normalen Zahnradpaars auftritt.
Die Einheit 43 zum Festlegen eines Inspektionsfrequenzbereichs legt mehrere geschätzte Frequenzbereiche fest, die für eine Zahneingriffsfrequenz zu untersuchen sind. Die geschätzten Frequenzbereiche, die zu untersuchen sind, sind wie folgt:

Bereich (1) geschätzte Frequenz ±1/2 der Rotationsfrequenz
Bereich (2) geschätzte Frequenz ×2±1/2 der Rotationsfrequenz
Bereich (3) geschätzte Frequenz ×3±1/2 der Rotationsfrequenz
Die Bereiche (1) bis (3) werden als Satz von Bereichen der Inspektionsfrequenz festgelegt.

Eine Rotationsfrequenz eines Niedergeschwindigkeitszahnrads wird vorzugsweise benutzt, um einen Einfluss eines Seitenbands zu vermeiden.
Die Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude berechnet eine Maximalamplitude aus der Zahneingriffsvibration, die durch einen festgelegten Beschleunigungssensor Sa (3) detektiert worden ist, in den geschätzten Frequenzbereichen wie oben beschrieben, und in dem harmonischen Bereich, der wie oben beschrieben festgelegt worden ist. Die Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude berechnet die Maximalamplitude in jedem der Bereiche (1) bis (3) und wählt solche geschätzten Frequenzen aus, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich groß wie ein festgelegtes Mehrfaches ist.
Insbesondere wählt die Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude solche geschätzten Frequenzen aus, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen dem Bereich (1) und dem Bereich (2) kleiner oder gleich dem Zehnfachen und ein Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen dem Bereich (2) und dem Bereich (3) weniger als oder gleich dem Zehnfachen ist. Somit wird ein Vergleich zwischen den Maximalwertamplituden der geschätzten Frequenz und der Harmonischen wenigstens bis zu dem Dreifachen der geschätzten Frequenz vorgenommen, und solche geschätzten Frequenzen, deren Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den benachbarten Bereichen weniger als oder gleich dem Zehnfachen ist, werden ausgewählt, wodurch eine Unterscheidung zwischen einer selbst induzierten Vibration einer tatsächlichen Maschine und einer erzwungenen Vibration einer Zahneingriffsfrequenz vorgenommen werden kann.
Die Einheit 45 zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz legt eine geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert der in den mehreren innerhalb eines festgelegten Zeitraums geschätzten Frequenzbereichen berechneten Maximalwertamplituden besitzt, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der wie oben beschrieben ausgewählten geschätzten Frequenzen ist, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars fest, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt.
Insbesondere legt die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz eine geschätzte Frequenz fest, die den Gesamtwert der in den mehreren innerhalb eines festgelegten Zeitraums (in diesem Beispiel während 10 Sekunden) geschätzten Frequenzbereichen berechneten Maximalwertamplituden besitzt, die die größte Frequenz der von der Berechnungseinheit 44 für die Maximalwertamplitude aus den geschätzten Frequenzen ausgewählte ist, als Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen 16 fest (3).
Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt eine geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert besitzt, der der zweitgrößte ist, als Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen 16 (3). Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt eine geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert besitzt, der der drittgrößte ist, als Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes in dem Planetengetriebe 15 (3).
Wenn das Zahnrad normal ist, ist die Wellenform der Zahneingriffsvibration ähnlich wie eine Sinuswelle und die Maximalamplitude bei der Frequenz entspricht der Zahneingriffsfrequenz. In dem Fall einer echten Maschine ist die Sinuswelle jedoch gestört und besitzt eine rechteckige Wellenform aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Befestigung der Zahnräder und durch Exzentrizität der Zahnräder und eine Maximalamplitude tritt bei einer Zahneingriffsfrequenz höherer Ordnung auf. Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz macht von einem derartigen Phänomen Gebrauch und sucht eine Frequenz, bei der eine Harmonische auftritt und kann eine Zahneingriffsfrequenz basierend auf dem Ergebnis einer FET-Analyse festlegen. Ferner macht die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz Gebrauch von dem Phänomen, dass, je höher die Zahnoberflächengeschwindigkeit ist, desto höher die Zahneingriffsvibration bei einem normalen Zahnradpaar ist. Die Vorrichtung 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz umfasst die Einheit 42 zum Festlegen des harmonischen Bereichs, die Einheit zum Bestimmen des Inspektionsfrequenzbereichs 43, die Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude, und die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz in dem Controller 39.
Die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes legt die Anzahl der Zähne des Planetengetriebes 15 (3) fest, bei der das Übersetzungsverhältnis maximal wird, durch Anwenden einer festgelegten Bedingung für die Anzahl der Zähne für einen Planetengetriebemechanismus, anhand der festgelegten Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes. Der Berechnungsausdruck für die Zahnanzahl, der die Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes benutzt und die Bedingung für die Anzahl der Zähne des Planetengetriebes lautet wie folgt.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, bezeichnet np eine Trägerdrehgeschwindigkeit des Planetengetriebes 15, GMFp bezeichnet eine Zahneingriffsfrequenz des Planetengetriebes, Zr bezeichnet die Anzahl der Zähne des Hohlrads 22, Zp bezeichnet die Anzahl der Zähne des Planetenrads 21, und Zs bezeichnet die Anzahl der Zähne des Sonnenrads 20. Die Anzahl der Planetenräder ist mit N bezeichnet und ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bekannt. Um ein Phänomen des Abschneidens zu vermeiden, bei dem ein Teil einer Zahnprofilkurve einer Zahnwurzel des Zahnrades durch einen geraden Kantenabschnitt eines Werkzeugs abgeschnitten wird, ist die Anzahl der Zähne für alle Zahnräder größer als „17“.
Ausdruck zum Berechnen der Anzahl der Zähne des Hohlrads 22 durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz eines Planetenrads: $Zr = GMFp / np$
Bedingung eines koaxialen Zustands: Bedingung, die erfüllt sein muss, damit das Hohlrad 22, dass Planetenrad 21, und das Sonnenrad 20 koaxial zueinander sind: $Zr = Zs + 2ZP$
Nachbarbedingung: Bedingung, die erfüllt sein muss, um zu vermeiden, dass die Planetenräder sich gegenseitig stören durch Berühren: $Zp + 2 < (Zr - Zp) sin (180 ° / N)$
Zusammenbaubedingung: Bedingung, die erfüllt sein muss, um die Planetenräder 21 in gleichmäßigen Abständen anzuordnen: $Integer = (Zr + Zs) / N$
Interferenzvermeidung: Bedingung, die erfüllt sein muss, um eine Störung der Zahnwurzel des Planetenrads 21 und der Zahnspitze des Hohlrads 22 zu vermeiden: $Zp > 19$
Die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads berechnet die Anzahl Zr der Zähne des Hohlrad 22 gemäß dem Ausdruck (1) durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz GMFp des Planetenrads, die durch die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz festgelegt worden ist, und eine Trägerdrehzahl (Hauptwellendrehzahl) np, die durch den Drehzahlsensor Sb erhalten worden ist. Die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads beschränkt einen möglichen Bereich für die Zahl Zp der Zähne des Planetenrad 21 gemäß dem Ausdruck (3) und dem Ausdruck (5) durch Benutzen der Anzahl Zr der Zähne des Hohlrads 22, die berechnet worden ist.
Die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads berechnet eine Kombination (Zp, Zs) der Anzahl der Zähne des Planetenrads 21 und der Anzahl der Zähne des Sonnenrads 20, durch Benutzen des Ausdrucks (2) in dem beschränkten Bereich für die Anzahl Zp der Zähne. Ferner bestimmt die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads eine Kombination der berechneten Kombinationen (Zp, Zs) der Anzahl der Zähne, die den Ausdruck (4) erfüllt und die das größte Geschwindigkeitsverhältnis Zr/Zs+1 besitzt. Somit können die Anzahl (Zr, Zp, Zs) der Zähne des Hohlrads 22, des Planetenrad 21 und des Sonnenrad 20 des Planetengetriebes 15 bestimmt werden.
Die Einheit 47 zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen legt diejenige Zahl der Zähne des zweistufigen Getriebes 16 mit parallelen Wellen fest, bei der der unterschied des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen den beiden Zahnradpaare kleiner als oder gleich zu 1,5 ist durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle und durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle, die durch die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahnangriffsfrequenz bestimmt worden sind, und das Geschwindigkeitsverhältnis des Planetengetriebes 15, das anhand der Anzahl der Zähne, die durch die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads bestimmt worden sind, kann berechnet werden.
Es folgen ein Ausdruck zur Berechnung mit der Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle und der Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle, die von der Einheit 47 zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen benutzt werden, und ein Ausdruck zum Berechnen des Verhältnisses der Zahnanzahlen zwischen dem kleinen Zahnrad der Mittelgeschwindigkeitswelle und dem großen Zahnrad durch Benutzen eines Geschwindigkeitserhöhungsverhältnisses. GMFmh gibt eine Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle wieder, GMFlm gibt eine Zahneingriffsfrequenz der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle wieder, Zlg gibt die Anzahl der Zähne des großen Zahnrads 29 der Niedergeschwindigkeitswelle wieder, Zmp gibt die Anzahl der Zähne des kleinen Zahnrads 30 der Mittelgeschwindigkeitswelle wieder, und Zhp gibt die Anzahl der Zähne des kleinen Zahnrads 32 der Hochgeschwindigkeitswelle wieder. I gibt das gesamte Geschwindigkeitserhöhungsverhältnis wieder, dass bekannt ist. Ip gibt ein Geschwindigkeitserhöhungsverhältnis Zr/Zs+1 durch die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads wieder.
Ausdruck zum Berechnen der Anzahl der Zähne des kleinen Zahnrad 32 der Hochgeschwindigkeitswelle durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz der Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle: $Zhp = GMFmh / (np \times l)$
Ausdruck zum Berechnen der Anzahl der Zähne des großen Zahnrad 29 der Niedergeschwindigkeitswelle durch Benutzen der Zahneingriffsfrequenz zwischen der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle: $Zlg = GMFlm / (np \times lp)$
Ausdruck zum Berechnen eines Zahnanzahlverhältnisses zwischen dem kleinen Zahnrad der Mittelgeschwindigkeitswelle und dem großen Zahnrad: $Zmg / zmp = (l / lp) \times (Zhp / Zlg)$
Die Einheit 47 zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen berechnet Zhp and Zlg gemäß dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) durch Benutzen von GMFmh und GMFIm, die durch die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt worden sind. Das Verhältnis der Zahnanzahlen Zmg/Zmp wird gemäß dem Ausdruck (8) durch Benutzen der berechneten Werte Zhp und Zlg berechnet. Eine Kombination (Zmg, Zmp), mit der ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeitsverhältnissen Zlg/Zmp und Zmg/Zhp der Zahnradpaare des Getriebes mit parallelen Wellen kleiner als oder gleich 1,5 ist, wird festgelegt, wobei Zlg, Zmg, Zmp, und Zhp bestimmt werden können. Die Einheit 47 zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen legt den Unterschied zwischen den Geschwindigkeitsverhältnissen zwischen den Zahnradpaaren so fest, dass er kleiner als oder gleich 1,5 ist, um eine ungleiche Abnutzung der Zahnoberflächen der beiden Zahnradpaare zu verhindern.
5 zeigt eine Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt worden ist. Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, steuert der Controller 39 die Anzeigeeinheit 41, um die Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars anzuzeigen. Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz kann beispielsweise die Zahneingriffsfrequenz GMFp des Planetengetriebes als 46,47 Hz bestimmen, die Zahneingriffsfrequenz GMFIm der Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle als 203,1 Hz, und die Zahnangriffsfrequenz GMFmh der Mittelwelle und der Hochgeschwindigkeitswelle als 968,2 Hz.
Ein spezielles Beispiel eines Algorithmus zum Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz wird weiter unten beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz, das durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz durchgeführt wird, das in dem Verfahren zur Zustandsüberwachung für ein Getriebe gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten ist. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt auch unter Bezugnahme auf 4, sofern zweckmäßig. Das Verfahren zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst einen Schritt der Festlegung eines harmonischen Bereichs (Schritt a1), einen Schritt des Festlegens eines Inspektionsfrequenzbereichs (Schritt a2), einen Schritt zum Berechnen der maximalen Amplitude (Schritt a3), und einen Schritt zum Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz (Schritt a4). Die Verfahrensschritte, die in der Reihenfolge, beginnend mit der kleinsten Schrittnummer beschrieben werden, werden durch die Einheit 42 zum Festlegen des harmonischen Bereichs gesteuert, durch die Einheit 43 zum Festlegen des Inspektionsfrequenzbereichs, durch die Berechnungseinheit 44 für die Maximalamplitude, bzw. durch die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz.
Schritt a1: nach dem Start des Verfahrens wird eine Festlegung vorgenommen, um eine obere Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz zu bestimmen, der im Hinblick auf eine Harmonische untersucht werden soll. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Harmonische bis zu dem Dreifachen der geschätzten Frequenz festgelegt, um untersucht zu werden.
Schritt a2: ein Inspektionsfrequenzbereich wird festgelegt. Der Inspektionsfrequenzbereich lautet wie folgt:

Eine Rotationsfrequenz eines Niedergeschwindigkeitszahnrads wird vorzugsweise benutzt, um einen Einfluss eines Seitenbands zu vermeiden.
Schritt a3: eine maximale Amplitude wird in jedem der Inspektionsfrequenzbereiche (1) bis (3) berechnet. Dabei werden solche geschätzten Frequenzen ausgewählt, sodass der Unterschied der maximalen Amplituden zwischen dem Bereich (1) und dem Bereich (2) weniger als oder gleich dem Zehnfachen ist, und dass der Unterschied zwischen der maximalen Amplitude zwischen dem Bereich (2) und dem Bereich (3) kleiner als oder gleich dem Zehnfachen ist.
Schritt a4: eine solche geschätzte Frequenz, sodass der Gesamtwert der maximalen Amplituden in den Inspektionsfrequenzbereich (1) bis (3) der größte der geschätzten Frequenzen ist, die in dem Schritt a3 ausgewählt worden sind, wird als GMFmh festgelegt, sodass eine geschätzte Frequenz, deren Gesamtwert der zweitgrößte ist, als GMFIm festgelegt wird, und sodass eine geschätzte Frequenz, deren Gesamtwert der drittgrößte ist, als GMFp festgelegt wird. Danach ist das Verfahren beendet.
Ein Beispiel eines Algorithmus zum Bestimmen der Zahnanzahlen (Zr, Zp, Zs) des Planetengetriebes aus GMFp, np, and N wird weiter unten beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm und zeigt einen Verfahrensschritt (Verfahrensschritt zum Festlegen der Anzahl der Zähne des Planetengetriebes) des Festlegens der Zahnanzahl des Planetengetriebes. Dieser Verfahrensschritt wird durch die Einheit 46 zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrad gesteuert.
Schritt b1: nach dem Start des Verfahrens wird np, gemessen durch den Drehzahlsensor Sb (3) (Schritt b0) und das festgelegte GMFp in den Ausdruck (1) eingesetzt, um Zr=110,515 zu erhalten. Durch Aufrunden wird Zr als „111“ erhalten.
Schritt b2: 19<Zp<50 wird gemäß Ausdruck (3) und Ausdruck (5) erhalten, wobei Zr=111, was bereits erhalten wurde, benutzt wird, wobei ein Bereich für die Anzahl Zp der Zähne beschränkt werden kann.
Schritt b3: In 19<Zp<50 wird eine Kombination (Zp, Zs) der Anzahl der Zähne des Planetengetriebes und der Anzahl der Zähne des Sonnenrads, die den Ausdruck (2) erfüllt, berechnet. Die berechneten Kombinationen (Zp, Zs) sind unten angegeben. Eine Kombination, in der wenigstens eine der Zahnanzahlen kleiner als oder gleich 17 ist, ist ausgeschlossen. $\begin{array}{l} (Zp, Zs) = \\ (20, 71) (21, 69) (22, 67) (23, 65) (24, 63) (25, 61) (26, 59) \\ (27, 57) (28, 55) (29, 53) (30, 51) (31, 49) (32, 47) (33, 45) \\ (34, 43) (35, 41) (36, 39) (37, 37) (38, 35) (39, 33) (40, 31) \\ (41, 29) (42, 27) (43, 25) (44, 23) (45, 21) (46, 19) \end{array}$
Schritt b4: Kombinationen (Zp, Zs) in dem Schritt b3, die den Ausdruck (4) erfüllen, werden bestimmt. Die bestimmten Kombinationen (Zp, Zs) sind unten angegeben. $\begin{array}{l} (Zp, Zs) = \\ (21, 69) (24, 63) (27, 57) (30, 51) (33, 45) (36, 39) (39, 33) \\ (42, 27) (45, 21) \end{array}$
Schritt b5: Diejenige Kombination in dem Schritt b4, die das größte Geschwindigkeitsverhältnis Zr/Zs+1 besitzt, ist (Zp, Zs)=(45, 21). Dementsprechend können die Zahnanzahlen (Zr, Zp, Zs)=(111, 45, 21) bestimmt werden. Der Controller 39 steuert die Anzeigeeinheit 41, um die Zahnanzahlen (Zr, Zp, Zs) anzuzeigen.
Ein Beispiel für einen Algorithmus zum Bestimmen der Zahnanzahlen (Zlg, Zmp, Zmg, Zhp) des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen basierend auf GMFIm und GMFmh wird nachfolgend beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm und zeigt einen Verfahrensschritt (Verfahrensschritt des Bestimmens der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen) des Bestimmens der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen. Der Verfahrensschritt wird durch die Einheit 47 zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen gesteuert.
Nach dem Start des Prozesses werden eine Hochgeschwindigkeitswellendrehzahl np×l und eine Niedergeschwindigkeitswellendrehzahl np×lp anhand der gemessenen Drehgeschwindigkeit np der Hauptwelle (Schritt c0), l und lp berechnet (Schritt c1).
Die berechnete Hochgeschwindigkeitswellendrehzahl np×l und die Niedergeschwindigkeitswellendrehzahl np×lp, und die bestimmten Werte GMFmh und GMFlm werden in Ausdruck (6) und Ausdruck (7) eingesetzt, um Zhp=31,866 und Zlg=97,913 zu erhalten. Durch Aufrunden wird (Zhp, Zlg)=(32, 98) erhalten (Schritt c2). Die in dem Schritt c2 erhaltenen Werte werden in den Ausdruck (8) eingesetzt, um das Verhältnis der Zahnanzahlen Zmg/Zmp zu berechnen. 17<Zmp<98 wird als Bereich für Zmp erhalten gemäß der Bedingung, dass ein Abtrennen verhindert wird und gemäß Zlg (Schritt c3). Zmg wird berechnet aus der Integerzahl Zmp in dem Bereich, durch Benutzen des Verhältnisses der Zahnanzahlen Zmg/Zmp (Schritt c4). Dabei wird Zmg in vielen Fällen aufgrund der Messgenauigkeit der Rotationsfrequenz und des Verhältnisses der Drehzahlerhöhung nicht als eine Integerzahl erhalten.
Wenn derjenige Wert für Zmg erhalten wird, der einer Integerzahl am nächsten benachbart ist und der die Bedingung erfüllt, dass der Unterschied zwischen den Geschwindigkeitsverhältnissen Zlg/Zmp und Zmg/Zhp kleiner als oder gleich 1,5 ist, aus den (Zmg, Zmp), die in dem Schritt c4 erhalten worden sind, bestimmt wird, wird (Zmg, Zmp)=(109,981, 23) erhalten. Durch Aufrunden wird (Zmg, Zmp)=(110, 23) erhalten (Schritt c5).
Ein Test wurde durchgeführt, um zu bestätigen, ob die Zahneingriffsfrequenz und die Zahnanzahl, die bestimmt wurden durch Benutzen der Algorithmen, mit den Werten eines Drehzahlerhöhers, der Zahnräder aufweist, die bekannte Designeigenschaften besitzen, übereinstimmt oder nicht.
In diesem Test wurden die folgenden Sensoren für die festgelegte Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars benutzt:
Zahneingriffsfrequenz des Planetenrads: Beschleunigungssensor Sc (2) für das Eingangslager des Drehzahlerhöhers und Beschleunigungssensor Sd (2) für das Planetenlager des Drehzahlerhöhers.
Zahneingriffsfrequenz der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Mittelgeschwindigkeitswelle: Beschleunigungssensor Se (2) für das Niedergeschwindigkeitslager des Drehzahlerhöhers und Beschleunigungssensor Sf (2) für das Mittelgeschwindigkeitslager des Drehzahlerhöhers.
Zahneingriffsfrequenz der parallelen Mittelgeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle: Beschleunigungssensor Sf (2) für das Mittelgeschwindigkeitslager des Drehzahlerhöhers und Beschleunigungssensor Sg (2) für das Hochgeschwindigkeitslager des Drehzahlerhöhers.
Während des Tests wurde die Vibration 10 Sekunden lang durch jeden der mehreren Beschleunigungssensoren SC bis SG gemessen. N, np und I sind Eingangsgrößen und GMFp, GMFIm, GMFmh, Zr, Zp, Zs, Zlg, Zmp, Zmg und Zhp sind zu bestimmen, wie unten angegeben. Die Einheit für np, GMFp, GMFlm und GMFmh ist Hz (Hertz). [Tabelle 1]

Eingangsgrößen N 3

np 0,33

I 92,07

bestimmt GMFp 36,5

GMFlm 202,4

GMFmh 968,8

Zr 111

Zp 45

Zs 21

Zlg 98

Zmp 23

Zmg 110

Zhp 32
Dementsprechend wurde bestätigt, dass die Zahneingriffsfrequenz und die Anzahl der Zähne, die durch den Algorithmus des vorliegenden Ausführungsbeispiels bestimmt worden ist, mit den oben angegebenen Werten übereinstimmen. 9 zeigt den Frequenzbereich für die Messdaten für jeden Sensor während eines bewerteten Betriebs während des Tests. In 9 kann kein Maximalwert, der die Zahneingriffsfrequenz darstellt, identifiziert werden, obwohl eine unendliche Zahl von Maximalwerten bestätigt werden kann.
In dem Zustandsüberwachungssystem Stm und dem Zustandsüberwachungsverfahren, das dieses benutzt, bestimmt die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz eine geschätzte Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb eines festgelegten Zeitraums, wobei die Frequenz die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte unter den ausgewählten geschätzten Frequenzen ist, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt. Die Einheit 45 zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz macht von dem Phänomen Gebrauch, dass je höher die Zahnoberflächengeschwindigkeit ist, desto höher die Zahneingriffsvibration bei einem normalen Zahnradpaar ist. Dementsprechend kann die Zahneingriffsfrequenz jedes Zahnradpaars, die für die Diagnose eines nicht normalen Zahnrads nützlich ist, bestimmt werden. Der Controller 39 überwacht das Auftreten von einem oder von beiden von Folgendem: Erhöhung und Verringerung einer harmonischen Komponente; und eines Seitenbands, gemäß der festgelegten Zahneingriffsfrequenz, wobei eine genaue Zustandsüberwachung wie eine Berechnung des Grads der Abnutzung auf einer Zahnoberfläche oder ein nicht normaler Zustand eines Zahnrads vorgenommen werden kann.
In dem Zustandsüberwachungssystem und dem Zustandsüberwachungsverfahren, das dieses benutzt, kann die Anzahl der Zähne des Hohlrads 22, des Planetenrads 21 und des Sonnenrads 20 des Planetengetriebes 15 aus den Messdaten bestimmt werden. Ferner kann die Anzahl der Zähne des großen Zahnrads 29 der Niedergeschwindigkeitswelle, des kleinen Zahnrads 30 der Mittelgeschwindigkeitswelle, des großen Zahnrads 31 der Mittelgeschwindigkeitswelle und des kleinen Zahnrads 32 der Hochgeschwindigkeitswelle des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen 16 bestimmt werden. Dementsprechend kann eine Frequenz, die für die Diagnose eines nicht normalen Zahnrads nützlich ist, berechnet werden und die Genauigkeit der Diagnose des Zustandsüberwachungssystems kann vergrößert werden.
Das Zustandsüberwachungssystem kann einen oder beiden der Zustände eines Drehzahlerhöhers und eines Drehzahlreduzierers überwachen, die beispielsweise in einer großen Anlage als Getriebe benutzt werden.
Ein Beschleunigungssensor wird als jeder Sensor benutzt. Allerdings ist der Sensor nicht nur auf einen Beschleunigungssensor beschränkt. Als Sensor kann beispielsweise ein Geschwindigkeitssensor, ein Verschiebungssensor, ein Ultraschallsensor, oder ein akustischer Sensor benutzt werden.
Obwohl die Arten der Ausführung der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht als Beispiele und nicht als Beschränkungen zu verstehen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird eher durch die Patentansprüche als durch die obige Beschreibung angegeben, die so zu verstehen ist, dass sie jegliche Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs und im Äquivalenzbereich der Patentansprüche einschließt.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftgenerator (Windturbine)
7: Drehzahlerhöher (Getriebe)
38: Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl
39: Steuerung (Überwachungseinheit)
40: Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz
42: Einheit zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen
43: Einheit zum Festlegen des Inspektionsfrequenzbereichs
44: Berechnungseinheit für die Maximalamplitude
45: Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz
46: Einheit zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetenrads
47: Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl des zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen
Sa: Beschleunigungssensor (Sensor)
Stm: Zustandsüberwachungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016068285 [0001]
JP 2016068286 [0001]
JP 2016068287 [0001]
JP 2006234785 [0004]
JP H02240536 [0004]

Claims

Zustandsüberwachungssystem zum Überwachen eines Zustands eines Getriebes, umfassend eine Mehrzahl von Zahnradpaaren, wobei das Zustandsüberwachungssystem umfasst: eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz, die zum Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz der mehreren Zahnradpaare bei einem Drehzahlerhöher und oder einem Drehzahlreduzierer konfiguriert ist, die jeweils als Getriebe ausgebildet sind, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen einer Zahneingriffsfrequenz umfasst: einen Sensor, der zum Detektieren einer Zahneingriffsfrequenz konfiguriert ist und der in jedem Zahnradpaar vorgesehen ist, eine Einheit zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen, die zum Durchführen des Festlegens einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz konfiguriert ist, die als Bereich der Harmonischen inspiziert wird, eine Einheit zum Festlegen des Inspektionsfrequenzbereichs, bei der eine Mehrzahl von geschätzten Frequenzbereichen, die im Hinblick auf die Zahneingriffsfrequenz inspiziert werden, festgelegt werden, eine Berechnungseinheit für die Maximalamplitude, die zum Berechnen einer maximalen Amplitude der Zahneingriffsfrequenz konfiguriert ist, die durch den Sensor detektiert worden ist, in den geschätzten Frequenzbereichen, die durch die Einheit zum Festlegen des Inspektionsfrequenzbereichs festgelegt worden ist und in dem Bereich der Harmonischen, der durch die Einheit zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen festgelegt worden ist und die zum Auswählen solcher geschätzter Frequenzen konfiguriert ist, dass ein Unterschied in den Maximalamplituden zwischen den mehreren geschätzten Frequenzbereichen weniger als oder gleich zu einem festgelegten Mehrfachen ist, und eine Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz, die zum Bestimmen einer geschätzten Frequenz konfiguriert ist und die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb eines festgelegten Zeitraums, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte unter den geschätzten Frequenzen ist, die durch die Berechnungseinheit für die Maximalamplitude ausgewählt worden ist, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars, dass die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt.
Zustandsüberwachungssystem nach Anspruch 1, umfassend eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl, die zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes konfiguriert ist, das einen Drehzahlerhöher und/oder einen Drehzahlverringerer besitzt, die jeweils mehrere Zahnradpaare besitzen und die jeweils als Getriebe ausgebildet sind, die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl umfasst: die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz, und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl des Planetengetriebes, die zum Bestimmen derjenigen Anzahl der Zähne des Planetengetriebes konfiguriert ist, bei denen das Geschwindigkeitsverhältnis maximal ist, aus der Zahneingriffsfrequenz, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt worden ist, durch Benutzen einer festgelegten Bedingung für die Zahnanzahl für einen Planetengetriebemechanismus.
Zustandsüberwachungssystem nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl ist, die dazu konfiguriert ist, die Anzahl der Zähne eines Drehzahlerhöhers für eine Windturbine, umfassend ein Planetengetriebe mit einem Zahnradpaar und ein zweistufiges Getriebe mit parallelen Wellen, das zwei Zahnradpaare besitzt, festzulegen, und die Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl ist konfiguriert zum: Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb der festgelegten Zeit, die die größte ist, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Zwischengeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen; Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den zweitgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Zwischengeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen; und Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den drittgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz der Planetenräder des Planetengetriebes, und wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Zahnanzahl ferner eine Einheit zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen besitzt, die zum Bestimmen der Anzahl der Zähne der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen konfiguriert ist, bei der die Differenz der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaaren kleiner als oder gleich 1,5 ist, wobei die Zahneingriffsfrequenz zwischen den parallelen Niedergeschwindigkeitswellen und der Mittelgeschwindigkeitswelle durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt wird und das Verhältnis der Geschwindigkeitszunahme des Planetengetriebes anhand der Anzahl der Zähne berechnet wird, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl des Planetengetriebes berechnet worden ist.
Zustandsüberwachungssystem für das Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einheit zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen das Festlegen so durchführt, dass festgestellt wird, ob ein Bereich der Harmonischen bis zu dem Dreifachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz zu inspizieren ist oder nicht.
Zustandsüberwachungssystem für das Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Überwachungseinheit, die zum Überwachen eines Auftretens von Folgendem konfiguriert ist: Erhöhung und Verringerung einer harmonischen Komponente und oder eines Seitenbands, basierend auf der festgelegten Zahneingriffsfrequenz.
Zustandsüberwachungsverfahren zum Überwachen eines Zustands eines Getriebes, das mehrere Zahnradpaare besitzt, wobei das Zustandsüberwachungsverfahren umfasst: ein Verfahren zum Feststellen einer Zahneingriffsfrequenz, bei dem eine Zahneingriffsfrequenz jedes der mehreren Zahnradpaare bei einem Drehzahlerhöher und/oder einem Drehzahlverringerer festgelegt wird, die jeweils als Getriebe ausgebildet sind, wobei das Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz umfasst: einen Schritt des Detektierens einer Zahneingriffsvibration, die in jedem Zahnradpaar auftritt, durch Benutzen eines Sensors, einen Schritt des Festlegens eines Bereichs der Harmonischen, bei dem das Festlegen einer oberen Grenze eines Mehrfachen einer geschätzten Frequenz der Zahneingriffsfrequenz durchgeführt wird, die als Bereich der Harmonischen zu inspizieren ist, ein Schritt des Festlegens eines Inspektionsfrequenzbereichs, bei dem eine Mehrzahl der geschätzten Frequenzbereiche, die für die Zahneingriffsfrequenz inspiziert werden, festgelegt werden, einen Schritt der Berechnung einer maximalen Amplitude, bei dem eine Maximalwertamplitude anhand der von dem Sensor detektierten Zahneingriffsvibration berechnet wird, in den geschätzten Frequenzbereichen, die in dem Schritt zum Festlegen des Inspektionsfrequenzbereichs festgelegt worden sind und in dem Bereich der Harmonischen, die in dem Schritt zum Festlegen des Bereichs der Harmonischen festgelegt worden sind, und der so konfiguriert ist, dass geschätzte Frequenzen ausgewählt werden, sodass der Unterschied der Maximalwertamplitude zwischen den mehreren geschätzten Frequenzbereichen kleiner als oder gleich zu einem festgelegten Mehrfachen ist, und einen Schritt des Festlegens einer Zahneingriffsfrequenz zum Festlegen einer geschätzten Frequenz, die einen Maximalwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb eines festgelegten Zeitraums, die die k-te (k ist eine natürliche Zahl) größte der geschätzten Frequenzen ist, die in dem Schritt zum Berechnen der Maximalwertamplitude ausgewählt worden ist, als Zahneingriffsfrequenz eines Zahnradpaars, das die k-te höchste Zahnoberflächengeschwindigkeit besitzt.
Zustandsüberwachungsverfahren für das Getriebe nach Anspruch 6, umfassend ein Verfahren zum Festlegen einer Zahnanzahl zum Festlegen der Anzahl der Zähne eines Planetengetriebes, das einen Drehzahlerhöher und/oder einen Drehzahlverringerer besitzt, der jeweils mehrere Zahnradpaare besitzt und als Getriebe ausgebildet ist, wobei das Verfahren zum Festlegen der Zahnanzahl umfasst das Verfahren zum Feststellen der Zahneingriffsfrequenz, und einen Schritt zum Feststellen der Zahnanzahl eines Planetenrads, bei dem die Anzahl der Zähne des Planetenrads bestimmt wird, mit der ein Geschwindigkeitsverhältnis maximal ist, aus der Zahneingriffsfrequenz, die in dem Verfahren zum Festlegen der Zahneingriffsfrequenz festgelegt worden ist, durch Benutzen einer festgelegten Bedingung für die Zahnanzahl für ein Planetengetriebe.
Zustandsüberwachungsverfahren für das Getriebe nach Anspruch 7, wobei das Verfahren zum Bestimmen der Zahnanzahl ein Verfahren zum Bestimmen der Zahnanzahl eines Drehzahlerhöhers für eine Windturbine ist, umfassend ein Planetengetriebe, dass ein Zahnradpaar und ein zweistufiges Getriebe mit parallelen Wellen mit zwei Zahnradpaaren besitzt, und wobei das Verfahren zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz umfasst: Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die einen Gesamtwert der Maximalwertamplituden besitzt, die in den mehreren geschätzten Frequenzbereichen berechnet worden sind, innerhalb der festgelegten Zeit, die die größte ist, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Zwischengeschwindigkeitswelle und der Hochgeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen; Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den zweitgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz der parallelen Niedergeschwindigkeitswelle und der Zwischengeschwindigkeitswelle der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen; und Bestimmen einer geschätzten Frequenz, die den drittgrößten Gesamtwert besitzt, als Zahneingriffsfrequenz der Planetenräder des Planetengetriebes, und wobei das Verfahren zum Bestimmen der Zahnanzahl ferner umfasst: einen Schritt zum Bestimmen der Anzahl der Zähne eines zweistufigen Getriebes mit parallelen Wellen zum Bestimmen der Anzahl der Zähne der zweistufigen Getriebevorrichtung mit parallelen Wellen ist, bei der die Differenz der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaaren kleiner als oder gleich 1,5 ist, wobei die Zahneingriffsfrequenz zwischen den parallelen Niedergeschwindigkeitswellen und der Mittelgeschwindigkeitswelle durch die Einheit zum Bestimmen der Zahneingriffsfrequenz bestimmt wird und das Verhältnis der Geschwindigkeitszunahme des Planetengetriebes anhand der Anzahl der Zähne berechnet wird, die durch die Einheit zum Bestimmen der Zahnanzahl des Planetengetriebes berechnet worden ist.