JP6644610B2 - Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method - Google Patents
Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6644610B2 JP6644610B2 JP2016068286A JP2016068286A JP6644610B2 JP 6644610 B2 JP6644610 B2 JP 6644610B2 JP 2016068286 A JP2016068286 A JP 2016068286A JP 2016068286 A JP2016068286 A JP 2016068286A JP 6644610 B2 JP6644610 B2 JP 6644610B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- meshing
- gear
- specifying
- planetary gear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 59
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 35
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 17
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Retarders (AREA)
Description
この発明は、シングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置および歯数特定方法に関し、例えば、風力発電装置または大規模プラント等において、複数のセンサを用いる状態監視システムに適用される技術に関する。 The present invention relates to a tooth number specifying device and a tooth number specifying method for a single pinion type planetary gear device, and for example, relates to a technology applied to a state monitoring system using a plurality of sensors in a wind power generation device or a large-scale plant.
従来から、風力発電装置および大規模プラント等では、各種センサで物理量を測定することで回転部品の状態を監視している。
特に、回転機械の状態監視システムでは、回転部品である軸受、歯車の設計諸元から、回転周波数および回転部品の異常に起因する振動の周波数を特定し、監視することで、部品別の異常を診断する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a wind power generator, a large-scale plant, and the like, the state of a rotating component is monitored by measuring physical quantities with various sensors.
In particular, in a rotating machine condition monitoring system, the rotational frequency and the frequency of vibration caused by abnormalities in the rotating parts are specified and monitored from the design specifications of bearings and gears, which are rotating parts, so that abnormalities in each part can be monitored. Diagnose.
例えば、異常を起こした部品が転がり軸受に特定できる場合、軸受の設計諸元から計算できる、異常に起因した周波数にのみ着目する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。歯車の場合にも、歯車の設計諸元から計算できる、噛み合いに起因した周波数に着目し、歯車の異常状態を推定する技術が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。 For example, when an abnormal component can be identified as a rolling bearing, a technique has been proposed that focuses only on the frequency caused by the abnormality, which can be calculated from the design specifications of the bearing (for example, see Patent Document 1). Also in the case of a gear, a technique has been proposed in which an abnormal state of the gear is estimated by focusing on a frequency due to meshing, which can be calculated from design specifications of the gear (for example, see Patent Document 2).
しかし、一般に回転機械のメーカは設計諸元を開示していないため、上記のように特徴的な振動の周波数を特定できない。そのため、データの実効値および最大値などの各種特徴量を算出し、正常状態に比べて大きな変化が見られた場合に異常とみなすことが多い。この場合、異常部位の特定および異常状態を推定できないため、メンテナンス時期の調整および異常原因の調査が困難となる。 However, since the manufacturer of the rotating machine generally does not disclose the design data, the characteristic vibration frequency cannot be specified as described above. Therefore, various characteristic values such as the effective value and the maximum value of the data are calculated, and when a large change is observed as compared with the normal state, it is often regarded as abnormal. In this case, since it is not possible to specify the abnormal part and to estimate the abnormal state, it is difficult to adjust the maintenance time and investigate the cause of the abnormality.
歯車の設計諸元が不明である状態監視対象において、データの実効値および最大値などの特徴量では歯車の異常を十分に診断できない。特に遊星歯車装置の場合、内歯車、遊星歯車、太陽歯車の歯数から各歯車の異常や噛み合いに起因した周波数を算出できるため、正常値のデータから歯数を特定する技術が望まれている。 In a state monitoring target whose gear design data is unknown, it is not possible to sufficiently diagnose a gear abnormality with feature values such as an effective value and a maximum value of data. In particular, in the case of a planetary gear device, since a frequency caused by abnormality or meshing of each gear can be calculated from the number of teeth of the internal gear, the planetary gear, and the sun gear, a technique for specifying the number of teeth from data of normal values is desired. .
この発明の目的は、歯車の設計諸元が不明な遊星歯車装置において、歯車の異常診断に有用な遊星歯車装置の歯数を特定することができるシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置および歯数特定方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a single pinion type planetary gear unit having a number of teeth that is useful for diagnosing a gear abnormality in a planetary gear unit whose gear design specifications are unknown. And a method for specifying the number of teeth.
この発明のシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置は、複数の歯車対を有する増速機7および減速機のいずれか一方または両方を備えたシングルピニオン式の遊星歯車装置15の歯数を特定する歯数特定装置38であって、
前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサSaと、
前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定された高調波領域設定手段42と、
前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定された調査周波数範囲設定手段43と、
この調査周波数範囲設定手段43で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定手段42で設定された高調波領域にて、前記センサSaで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出手段44と、
この最大ピーク振幅等算出手段44で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定手段45と、
この噛み合い周波数特定手段45で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置15の歯数を特定する遊星歯車歯数特定手段46と、を備えたことを特徴とする。
前記定められた倍数、前記定められた時間は、それぞれ設計等によって任意に定める倍数、時間であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な倍数、時間を求めて定められる(後述するシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定方法においても同じ)。
The single pinion type planetary gear set tooth number specifying device of the present invention includes a single pinion type
A sensor Sa for detecting meshing vibration generated from each gear pair,
Harmonic region setting means 42, which is set to what number of harmonic regions to investigate with respect to the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair,
Investigation frequency range setting means 43 in which a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency are set,
The maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor Sa in the range of the expected frequency set by the survey frequency
Among the expected frequencies selected by the maximum peak amplitude etc. calculating
From the meshing frequency specified by the meshing
The predetermined multiple and the predetermined time are respectively a multiple and a time arbitrarily determined by design or the like. For example, an appropriate multiple and time are determined by one or both of a test and a simulation ( The same applies to the method for specifying the number of teeth of a single pinion type planetary gear device described later.)
この構成によると、高調波領域設定手段42では、噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定される。例えば、正常な歯車対の噛み合い振動は、前記予想周波数の何倍までの高調波を出現させる場合が多いかを基準として、高調波領域が設定される。調査周波数範囲設定手段43では、噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定される。 According to this configuration, the harmonic region setting means 42 sets how many times the harmonic region is to be investigated with respect to the expected frequency of the meshing frequency. For example, a harmonic region is set on the basis of how many times higher harmonics than the expected frequency often appear in the meshing vibration of a normal gear pair. Inspection frequency range setting means 43 sets a plurality of expected frequency ranges in which the engagement frequency is investigated.
最大ピーク振幅等算出手段44では、設定された予想周波数の範囲で且つ設定された高調波領域にて、センサSaで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出する。これと共に、最大ピーク振幅等算出手段44は、複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する。隣接する最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下となる予想周波数を選定することで、実機の自励振動と噛み合い周波数などの強制振動を判別できる。 The maximum peak amplitude calculating means 44 calculates the maximum peak amplitude from the meshing vibration detected by the sensor Sa in the set expected frequency range and in the set harmonic range. At the same time, the maximum peak amplitude etc. calculating means 44 selects an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple in a plurality of set expected frequency ranges. By selecting an expected frequency at which the difference between the adjacent maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple, it is possible to determine the self-excited vibration of the actual machine and the forced vibration such as the meshing frequency.
噛み合い周波数特定手段45では、選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する。この噛み合い周波数特定手段45は、正常な歯車対の噛み合い振動が、歯面速度が大きい程大きくなる現象を利用している。したがって、歯車の異常診断に有用な各歯車対の噛み合い周波数を特定することができる。
遊星歯車歯数特定手段46は、特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる遊星歯車装置15の歯数を特定する。よって、歯車の異常診断に有用な周波数を算出することができる。
In the meshing
The planetary gear tooth number specifying means 46 specifies the number of teeth of the
前記高調波領域決定手段42は、前記噛み合い周波数の予想周波数に対し、3倍までの高調波領域を調査するかが設定されたものであっても良い。正常な歯車対の噛み合い振動は、前記予想周波数の3倍までの高調波を出現させる場合が多いためである。 The harmonic region determination means 42 may set whether to investigate a harmonic region up to three times the expected frequency of the meshing frequency. This is because the meshing vibration of a normal gear pair often causes harmonics up to three times the expected frequency to appear.
この発明の状態監視システムStmは、いずれかのシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置38を備え、特定された噛み合い周波数から高調波成分の増減および側波帯のいずれか一方または両方の出現を監視する監視手段を有するものである。この構成によれば、噛み合い周波数が既知となり、監視手段は、例えば、高調波成分の増減または側帯波の出現を監視することで、歯車の異常形態または歯面の摩耗量を算出するなどの精密な状態監視をすることができる。
The state monitoring system Stm of the present invention includes any one of the single pinion type planetary gear unit teeth
この発明のシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定方法は、複数の歯車対を有する増速機7および減速機のいずれか一方または両方を備えたシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数を特定する歯数特定方法であって、
前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサSaを用い、
前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかを設定する高調波領域設定過程と、
前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲を複数設定する調査周波数範囲設定過程と、
この調査周波数範囲設定過程で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定過程で設定された高調波領域にて、前記センサSaで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出過程と、
この最大ピーク振幅等算出過程で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定過程と、
この噛み合い周波数特定過程で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する遊星歯車歯数特定過程と、を含むことを特徴とする。
The method for specifying the number of teeth of a single-pinion type planetary gear device according to the present invention includes the steps of: A method for specifying the number of teeth to be specified,
Using a sensor Sa for detecting the meshing vibration generated from each gear pair,
For the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair, a harmonic region setting step of setting how many times a higher harmonic region is to be investigated,
An investigation frequency range setting step of setting a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency,
In the expected frequency range set in the investigation frequency range setting process and in the harmonic region set in the harmonic region setting process, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor Sa, A maximum peak amplitude calculation step of selecting an expected frequency whose difference between the maximum peak amplitudes is not more than a predetermined multiple between the plurality of set expected frequency ranges,
Among the expected frequencies selected in the calculation process of the maximum peak amplitude and the like, the total value of the maximum peak amplitudes calculated within a range of a plurality of set expected frequencies within a predetermined time is k-th (k is a natural number). A meshing frequency specifying process of specifying an expected frequency which is larger than the gear number as a meshing frequency of the gear pair having the kth largest tooth surface speed;
From the meshing frequency specified in the meshing frequency specifying process, a planetary gear tooth number specifying process of specifying the number of teeth of the planetary gear device at which the speed ratio is maximized using a predetermined number of teeth condition formula in the planetary gear mechanism. And characterized in that:
この構成によれば、高調波領域設定過程では、噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定される。例えば、正常な歯車対の噛み合い振動は、前記予想周波数の何倍までの高調波を出現させる場合が多いかを基準として、高調波領域が設定される。調査周波数範囲設定過程では、噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定される。 According to this configuration, in the harmonic region setting process, how many times the harmonic region is to be investigated with respect to the expected frequency of the meshing frequency is set. For example, a harmonic region is set on the basis of how many times higher harmonics than the expected frequency often appear in the meshing vibration of a normal gear pair. In the investigation frequency range setting process, a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency are set.
最大ピーク振幅等算出過程では、設定された予想周波数の範囲で且つ設定された高調波領域にて、センサSaで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出する。これと共に、最大ピーク振幅等算出過程では、複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する。最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下となる予想周波数を選定することで、実機の自励振動と噛み合い周波数などの強制振動を判別できる。 In the calculation process of the maximum peak amplitude and the like, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor Sa in the set expected frequency range and in the set harmonic range. At the same time, in the calculation process of the maximum peak amplitude or the like, an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple in a plurality of set expected frequency ranges is selected. By selecting an expected frequency at which the difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple, it is possible to determine the self-excited vibration of the actual machine and the forced vibration such as the meshing frequency.
噛み合い周波数特定過程では、選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する。この噛み合い周波数特定過程は、正常な歯車対の噛み合い振動が、歯面速度が大きい程大きくなる現象を利用している。
遊星歯車歯数特定過程では、特定された噛み合い周波数から、前記歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する。よって、歯車の異常診断に有用な周波数を算出することができる。
In the meshing frequency specifying process, among the selected expected frequencies, the total value of the maximum peak amplitudes calculated within a range of the plurality of set expected frequencies within a predetermined time is the kth largest (k is a natural number). The expected frequency of the gear pair is specified as the meshing frequency of the gear pair having the k-th largest tooth surface speed. This meshing frequency specification process utilizes a phenomenon that meshing vibration of a normal gear pair increases as the tooth surface speed increases.
In the planetary gear tooth number specifying process, the number of teeth of the planetary gear device at which the speed ratio is maximized is specified from the specified meshing frequency by using the tooth number conditional expression. Therefore, it is possible to calculate a frequency useful for gear abnormality diagnosis.
この発明のシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置は、複数の歯車対を有する増速機および減速機のいずれか一方または両方を備えたシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数を特定する歯数特定装置であって、前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサと、前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定された高調波領域設定手段と、前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定された調査周波数範囲設定手段と、この調査周波数範囲設定手段で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定手段で設定された高調波領域にて、前記センサで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出手段と、この最大ピーク振幅等算出手段で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定手段と、この噛み合い周波数特定手段で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する遊星歯車歯数特定手段とを備えている。このため、歯車の異常診断に有用な遊星歯車装置の歯数を特定することができる。 The single pinion type planetary gear set tooth number specifying device of the present invention specifies the number of teeth of a single pinion type planetary gear set including one or both of a speed-up gear and a speed reducer having a plurality of gear pairs. The number of teeth identification device to be performed, a sensor for respectively detecting the meshing vibration generated from each gear pair, and how many times higher harmonic region is to be investigated with respect to the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair. A set harmonic region setting means, a check frequency range setting means in which a plurality of expected frequency ranges for checking the meshing frequency are set, and an expected frequency range set by the check frequency range setting means and the harmonics. In the harmonic region set by the wave region setting means, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor, and the plurality of set predictions are calculated. A maximum peak amplitude etc. calculating means for selecting an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple in a range of wave numbers, and a plurality of expected frequencies selected by the maximum peak amplitude etc. calculating means. The total value of the maximum peak amplitudes calculated within the set expected frequency within a predetermined time period is k-th (k is a natural number), but the expected frequency is k-th. From the meshing frequency specifying means specified as the frequency, and the meshing frequency specified by the meshing frequency specifying means, the teeth of the planetary gear device having the maximum speed ratio are determined by using a predetermined number of teeth condition formula in the planetary gear mechanism. Planetary gear teeth number specifying means for specifying the number. Therefore, it is possible to specify the number of teeth of the planetary gear device that is useful for gear abnormality diagnosis.
この発明のシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定方法は、複数の歯車対を有する増速機および減速機のいずれか一方または両方を備えたシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数を特定する歯数特定方法であって、前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサを用い、前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかを設定する高調波領域設定過程と、前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲を複数設定する調査周波数範囲設定過程と、この調査周波数範囲設定過程で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定過程で設定された高調波領域にて、前記センサで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出過程と、この最大ピーク振幅等算出過程で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定過程と、この噛み合い周波数特定過程で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する遊星歯車歯数特定過程とを含む。このため、歯車の異常診断に有用な遊星歯車装置の歯数を特定することができる。 The method for specifying the number of teeth of a single pinion type planetary gear device according to the present invention specifies the number of teeth of a single pinion type planetary gear device including one or both of a speed-up gear and a speed reducer having a plurality of gear pairs. A method of detecting the number of harmonics up to the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair using a sensor for detecting the meshing vibration generated from each gear pair. Setting a harmonic range, setting a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency, setting an expected frequency range, and setting the expected frequency range set in the set frequency range setting process and the harmonics. In the harmonic region set in the region setting step, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor, and the plurality of set predictions are calculated. A maximum peak amplitude or the like calculation process of selecting an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple between the wave number ranges, and a plurality of the expected frequencies selected in the maximum peak amplitude or the like calculation process. The total value of the maximum peak amplitudes calculated within the set expected frequency range within a predetermined time period is k-th (k is a natural number), but the expected frequency is k-th. From the meshing frequency specifying process specified as the frequency and the meshing frequency specified in the meshing frequency specifying process, using the determined number of teeth condition formula in the planetary gear mechanism, the gear ratio of the planetary gear device in which the speed ratio is maximized. Specifying the number of planetary gear teeth. Therefore, it is possible to specify the number of teeth of the planetary gear device that is useful for gear abnormality diagnosis.
この発明の実施形態に係る状態監視システムを図1ないし図8と共に説明する。
図1に示すように、この状態監視システムStmは、風力発電装置(「風車」とも言う)1の増速機の状態を監視するシステムであって、モニタ装置2と、データサーバ3と、監視用端末4とを備える。モニタ装置2は、複数のセンサSa,Sb(図3)を有し、これらセンサSa,Sb(図3)の検出値から必要な測定データを算出しデータサーバ3へ送信する機能を有する。データサーバ3と監視用端末4とは、例えば、社内LAN(LAN:Local Area Network)等によって接続される。後述する監視用端末4は、データサーバ3が受信した測定データを出力させる。また監視用端末4は、同測定データの詳細な解析、モニタ装置2の設定変更、風力発電装置1の各機器の状態を表示させる。
A state monitoring system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the state monitoring system Stm is a system for monitoring the state of a speed increaser of a wind turbine generator (also referred to as a “windmill”) 1, and includes a
風力発電装置1について説明する。
図2に示すように、風力発電装置1は、主軸5と、ブレード6と、増速機7と、発電機8と、主軸受9とを備える。この風力発電装置1は、複数のセンサSa,Sb(図3)と、モニタ装置2とを備える。増速機7、発電機8、主軸受9、複数のセンサSa,Sb(図3)およびモニタ装置2は、ナセル10に格納され、ナセル10はタワー11に支持されている。
The wind power generator 1 will be described.
As shown in FIG. 2, the wind turbine generator 1 includes a
主軸5は、増速機7の入力軸に接続され、主軸受9によって回転自在に支持される。ブレード6は、主軸12の先端に設けられ風力を受ける。主軸12は、風力を受けたブレード6により発生する回転トルクを増速機7の入力軸へ伝達する。主軸受9は、例えば、自動調心ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等の転がり軸受により構成される。
The
図3に示すように、複数のセンサSa,Sbとして、加速度センサSaと、回転速度センサSbとが設けられている。加速度センサSaは、増速機7のケーシング13に固定される。この加速度センサSaは、各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出する。回転速度センサSbは、後述するキャリア14の回転速度(主軸回転速度)を測定する。
As shown in FIG. 3, an acceleration sensor Sa and a rotational speed sensor Sb are provided as the plurality of sensors Sa and Sb. The acceleration sensor Sa is fixed to the
図2に示すように、主軸12と発電機8との間には、増速機7が介在されている。この増速機7は、主軸12の回転速度を増速して発電機8へ出力する。発電機8は、増速機7の出力軸(高速軸)に接続され、増速機7から受ける回転トルクによって発電する。発電機8として、例えば、誘導発電機が用いられる。
As shown in FIG. 2, the speed increaser 7 is interposed between the
図3に示すように、この風車用増速機7は、一つの歯車対を含むプラネタリ型シングルピニオン式の遊星歯車装置15と、二つの歯車対を含む二段平行軸歯車装置16とを備える。これら遊星歯車装置15と二段平行軸歯車装置16とは、共通のケーシング13内に設けられている。遊星歯車装置15は、入力軸17の回転を増速して低速軸18に伝達する。この低速軸18は入力軸17に同心に設けられている。二段平行軸歯車装置16は、低速軸18の回転をさらに増速して出力軸である高速軸19に伝達する。
As shown in FIG. 3, the wind turbine speed increaser 7 includes a planetary single-pinion type planetary gear set 15 including one gear pair, and a two-stage parallel shaft gear set 16 including two gear pairs. . The
遊星歯車装置15は、太陽歯車20と、遊星歯車21と、内歯車22とを有する。遊星歯車21は、太陽歯車20および内歯車22にそれぞれ噛み合っている。ケーシング13の内周面に内歯車22が設けられている。低速軸18は、低速軸受23,24によって回転自在に支持されている。低速軸18の外周面に、太陽歯車20が固定されている。
The
遊星歯車21はキャリア14に支持されている。キャリア14は、遊星歯車装置15の入力部であり、入力軸17に一体に且つ同心に設けられている。ケーシング13に、遊星キャリア軸受25,26を介してキャリア14が旋回自在に支持されている。遊星キャリア軸受25はケーシング13内のロータ側に設けられ、遊星キャリア軸受26はケーシング13内の発電機側に設けられている。キャリア14には、円周方向一定間隔おきに複数の遊星軸27が設けられている。各遊星軸27に、遊星軸受28を介して遊星歯車21が回転自在に支持されている。
The
二段平行軸歯車装置16は、第1の歯車対である低速軸大歯車29および中速軸小歯車30と、第2の歯車対である中速軸大歯車31および高速軸小歯車32とを有する。低速軸18の外周に低速軸大歯車29が固定されている。ケーシング13内において、低速軸18よりも半径方向外方に軸受33,34が支持され、これら軸受33,34を介して中速軸35が回転自在に支持されている。この中速軸35の外周に中速軸小歯車30が固定され、この中速軸小歯車30と低速軸大歯車29とが噛み合うように配置される。
The two-stage parallel
ケーシング13内には、中速軸35よりも半径方向外方に高速軸19が設けられている。この高速軸19は、ケーシング13内に支持された軸受36,37を介して回転自在に支持されている。高速軸19、中速軸35および低速軸18は、入力軸17に平行に配置される。中速軸35の外周には中速軸大歯車31が固定されている。この中速軸大歯車31は、高速軸19の外周に固定された高速軸小歯車32に噛み合っている。なおケーシング13の下部は、潤滑油の油浴を形成する部分とされている。
In the
図2および図3に示すように、ブレード6が風力を受け入力軸17が回転すると、キャリア14が旋回する。これにより遊星歯車21が公転する。各遊星歯車21は、内歯車22に噛み合いながら公転するため、自転する。公転しつつ自転する遊星歯車21は、太陽歯車20と噛み合っているため、太陽歯車20は入力軸17に対して増速されて回転する。この太陽歯車20の回転は、さらに二段平行軸歯車装置16で増速されて出力軸である高速軸19に伝達される。この高速軸19から発電が可能な高速回転が得られる。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the
図4は、この状態監視システムStmの制御系のブロック図である。
この状態監視システムStmは、増速機7(図2)の歯数を特定する歯数特定装置38を有する。この歯数特定装置38は、モニタ装置2と、データサーバ3と、監視用端末4における制御装置39とを有する。歯数特定装置38は噛み合い周波数特定装置40を含む。この噛み合い周波数特定装置40は、複数(この例では三つ)の歯車対の噛み合い周波数をそれぞれ特定する。なお以下の説明は、増速機7(図2)の歯数を特定する歯数特定方法、歯車対の噛み合い周波数を特定する噛み合い周波数特定方法についての説明も含む。
FIG. 4 is a block diagram of a control system of the state monitoring system Stm.
This state monitoring system Stm has a tooth
監視用端末4は、監視手段である制御装置39と、表示部41とを有する。制御装置39は、例えば、マイクロコンピュータ等のコンピュータおよびこれに実行されるプログラム、並びに電子回路等からなる。制御装置39は、高調波領域設定手段42、調査周波数範囲設定手段43、最大ピーク振幅等算出手段44、噛み合い周波数特定手段45、遊星歯車歯数特定手段46、および二段平行軸歯車歯数特定手段47を有する。
The
高調波領域設定手段42は、増速機7(図3)の各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定される。この例では、噛み合い周波数の予想周波数に対し3倍までの高調波領域を調査するかが設定される。正常な歯車対の噛み合い振動は、前記予想周波数の3倍までの高調波を出現させる場合が多いためである。 The harmonic region setting means 42 sets how many times the harmonic region is to be investigated with respect to the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair of the gearbox 7 (FIG. 3). In this example, it is set whether to investigate a harmonic region up to three times the expected frequency of the meshing frequency. This is because the meshing vibration of a normal gear pair often causes harmonics up to three times the expected frequency to appear.
調査周波数範囲設定手段43は、噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定される。調査する予想周波数の範囲を以下に示す。
範囲(1)予想周波数±回転周波数の1/2
範囲(2)予想周波数×2±回転周波数の1/2
範囲(3)予想周波数×3±回転周波数の1/2
範囲(1)〜(3)を一組の調査周波数範囲とする。側帯波の影響を防ぐため、歯車の遅い方の回転周波数を用いることが好ましい。
Inspection frequency range setting means 43 sets a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency. The range of expected frequencies to be investigated is shown below.
Range (1) Expected frequency ± 1/2 of rotation frequency
Range (2) Expected frequency x 2 ± 1/2 of rotation frequency
Range (3) Expected frequency x 3 ± 1/2 of rotation frequency
The ranges (1) to (3) are set as a set of investigation frequency ranges. In order to prevent the influence of sideband waves, it is preferable to use the rotation frequency of the lower gear.
最大ピーク振幅等算出手段44は、前述の設定された予想周波数の範囲で且つ前述の設定された高調波領域にて、定められた加速度センサSa(図3)で検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出する。
最大ピーク振幅等算出手段44は、範囲(1)〜(3)内それぞれで前記最大ピーク振幅を算出すると共に、複数設定された予想周波数の範囲同士で最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する。
The maximum peak amplitude calculating means 44 calculates the maximum peak from the meshing vibration detected by the determined acceleration sensor Sa (FIG. 3) in the above-mentioned set expected frequency range and in the above-mentioned set harmonic range. Calculate the amplitude.
The maximum peak amplitude etc. calculating means 44 calculates the maximum peak amplitude in each of the ranges (1) to (3), and the difference between the maximum peak amplitudes in the plurality of set expected frequency ranges is a predetermined multiple or less. Is selected.
詳細には、最大ピーク振幅等算出手段44は、範囲(1)と範囲(2)、範囲(2)と範囲(3)の最大ピーク振幅の差が10倍以下である予想周波数を選定する。このように予想周波数とその少なくとも3倍までの高調波の最大ピーク振幅を比較し、それら隣接する最大ピーク振幅の差が10倍以下となる予想周波数を選定することで、実機の自励振動と噛み合い周波数などの強制振動を判別し得る。 In detail, the maximum peak amplitude etc. calculating means 44 selects an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitude in the range (1) and the range (2) and the maximum peak amplitude in the range (2) and the range (3) is 10 times or less. In this way, the expected frequency is compared with the maximum peak amplitude of at least three times higher harmonics thereof, and the expected frequency at which the difference between the adjacent maximum peak amplitudes is 10 times or less is selected. The forced vibration such as the meshing frequency can be determined.
噛み合い周波数特定手段45では、選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する。
In the meshing
詳細には、噛み合い周波数特定手段45は、最大ピーク振幅等算出手段44で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間(この例では10秒間)内の合計値が一番目に大きいものの予想周波数を、二段平行軸歯車装置16(図3)における平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数として特定する。
More specifically, the meshing
また噛み合い周波数特定手段45は、前記合計値が二番目に大きいものの予想周波数を、二段平行軸歯車装置16(図3)における平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数として特定する。噛み合い周波数特定手段45は、前記合計値が三番目に大きいものの予想周波数を、遊星歯車装置15(図3)における遊星歯車噛み合い周波数として特定する。
Further, the meshing
正常な歯車であれば噛み合い振動波形は正弦波に近く、その周波数でのピーク振幅は噛み合い周波数に対応する。しかし、実機の場合では歯車の取り付け誤差および歯車自身の偏心により正弦波が歪み、矩形波状となり、高次噛み合い周波数のピーク振幅が現れる。噛み合い周波数特定手段45は、このような現象を利用したものであり、高調波が現れる周波数を探索し、FET分析結果から噛み合い周波数を特定することができる。また噛み合い周波数特定手段45は、正常な歯車対の噛み合い振動が、歯車速度が大きい程大きくなる現象を利用している。噛み合い周波数特定装置45は、制御装置39における、高調波領域設定手段42、調査周波数範囲設定手段43、最大ピーク振幅等算出手段44および噛み合い周波数特定手段45を含む。
In a normal gear, the meshing vibration waveform is close to a sine wave, and the peak amplitude at that frequency corresponds to the meshing frequency. However, in the case of the actual machine, the sine wave is distorted due to a gear mounting error and the eccentricity of the gear itself, becomes a rectangular wave, and a peak amplitude of a higher-order meshing frequency appears. The meshing
遊星歯車歯数特定手段46は、特定された遊星歯車噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる遊星歯車装置15(図3)の歯数を特定する。遊星歯車噛み合い周波数を用いた歯数算出式と、遊星歯車機構の歯数条件式を以下に示す。
The number-of-planetary-
図3および図4に示すように、遊星歯車装置15のキャリア回転速度をnp、遊星歯車噛み合い周波数をGMFp、内歯車22の歯数をZr、遊星歯車21の歯数をZp、太陽歯車20の歯数をZsとする。遊星歯車数はNとし、本実施形態において既知である。また、歯車の歯元における歯形曲線の一部分が工具の刃先直線部で切り取られる切り下げ現象を防止するため、全ての歯数は「17」より大きいこととする。
As shown in FIGS. 3 and 4, the carrier rotation speed of the
・遊星歯車噛み合い周波数を用いた内歯車22の歯数算出式
Zr=GMFp/np …式(1)
・同軸条件:内歯車22、遊星歯車21、太陽歯車20の軸心が全て同軸上にあるための条件
Zr=Zs+2Zp …式(2)
・隣接条件:遊星歯車同士がぶつかって干渉しないための条件
Zp+2<(Zr−Zp)sin(180°/N) …式(3)
・組立条件:遊星歯車21を等配位置に配置するための条件
整数=(Zr+Zs)/N …式(4)
・干渉防止:遊星歯車21の歯元と内歯車22の歯先が干渉しないための条件
Zp>19 …式(5)
Formula for calculating the number of teeth of the internal gear 22 using the planetary gear meshing frequency Zr = GMFp / np Formula (1)
Coaxial condition: condition that the axes of the internal gear 22, the
Adjacent condition: Condition for preventing the planetary gears from hitting each other and causing interference Zp + 2 <(Zr−Zp) sin (180 ° / N) Equation (3)
Assembling conditions: conditions for arranging the
-Prevention of interference: Condition for preventing the tooth root of the
遊星歯車歯数特定手段46では、噛み合い周波数特定手段45で特定した遊星歯車噛み合い周波数GMFpと、回転速度センサSbから得られたキャリア回転速度(主軸回転速度)npとを用いて、式(1)より内歯車22の歯数Zrを算出する。遊星歯車歯数特定手段46は、算出した内歯車22の歯数Zrを用いて、式(3)および式(5)より遊星歯車21の歯数Zpを取り得る範囲を限定する。
The planetary gear tooth number specifying means 46 uses the planetary gear meshing frequency GMFp specified by the meshing
遊星歯車歯数特定手段46では、歯数Zpの限定した範囲において式(2)を用いて、遊星歯車21と太陽歯車20の歯数の組合せ(Zp、Zs)を算出する。さらに遊星歯車歯数特定手段46では、算出した歯数の組合せ(Zp、Zs)において、式(4)を満たし、増速比Zr/Zs+1が最大となるものを特定する。したがって、遊星歯車装置15の内歯車22、遊星歯車21、太陽歯車20の歯数(Zr、Zp、Zs)をそれぞれ特定し得る。
The planetary gear tooth
二段平行軸歯車歯数特定手段47は、噛み合い周波数特定手段45で特定された平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数、平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数、および遊星歯車歯数特定手段46で特定された歯数から算出できる遊星歯車装置15の増速比を用いて、二つの歯車対の速度比の差が1.5以下となる二段平行軸歯車装置16の歯数を特定する。
The two-stage parallel shaft gear tooth
二段平行軸歯車歯数特定手段47で用いる平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数、平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数の算出式と、増速比を用いた中速軸小歯車・大歯車の歯数比の算出式を以下に示す。
平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数をGMFmh、平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数をGMFlm、低速軸大歯車29の歯数をZlg、中速軸小歯車30の歯数をZmp、中速軸大歯車31の歯数をZmg、高速軸小歯車32の歯数をZhp、とする。また、既知である全体増速比をIとし、遊星歯車歯数特定手段46での遊星歯車増速比Zr/Zs+1をIpとする。
Formula for calculating the medium / high speed shaft meshing frequency of the parallel shaft gear and the low / medium speed shaft meshing frequency of the parallel shaft gear used in the two-stage parallel shaft gear tooth
GMFmh for parallel shaft gear middle / high speed shaft meshing frequency, GMFlm for parallel shaft gear low / medium speed shaft meshing frequency, Zlg for number of teeth of low speed shaft
・平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数を用いた高速軸小歯車32の歯数算出式
Zhp=GMFmh/(np×I) …式(6)
・平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数を用いた低速軸大歯車29の歯数算出式
Zlg=GMFlm/(np×Ip) …式(7)
・中速軸小歯車・大歯車の歯数比の算出式
Zmg/Zmp=(I/Ip)×(Zhp/Zlg) …式(8)
-Formula for calculating the number of teeth of high-speed shaft
Zhp = GMFmh / (np × I) Equation (6)
-Formula for calculating the number of teeth of low-speed shaft
Zlg = GMFlm / (np × Ip) Equation (7)
・ Formula for calculating the ratio of the number of teeth of the medium speed shaft small gear and large gear
Zmg / Zmp = (I / Ip) × (Zhp / Zlg) Equation (8)
二段平行軸歯車歯数特定手段47では、噛み合い周波数特定手段45で特定されたGMFmh、GMFlmを用いて、式(1)および式(2)よりZhp、Zlgを算出する。この算出したZhp、Zlgを用いて式(3)より歯数比Zmg/Zmpを算出する。さらに各平行軸の歯車対の速度比Zlg/Zmp、Zmg/Zhpの差が1.5以下となる組合せ(Zmg、Zmp)を特定し、Zlg、Zmg、Zmp、Zhpを特定し得る。二段平行軸歯車歯数特定手段47では、二つの歯車対の歯面摩耗の偏りを防ぐため、歯車対の速度比の差を1.5以下としている。
The two-stage parallel shaft gear tooth number specifying means 47 uses the GMFmh and GMFlm specified by the meshing frequency specifying means 45 to calculate Zhp and Zlg from Expressions (1) and (2). Using the calculated Zhp and Zlg, a tooth number ratio Zmg / Zmp is calculated from equation (3). Furthermore, the combination (Zmg, Zmp) in which the difference between the speed ratios Zlg / Zmp, Zmg / Zhp of the gear pairs of each parallel shaft is 1.5 or less can be specified, and Zlg, Zmg, Zmp, Zhp can be specified. In the two-stage parallel shaft gear tooth
図5は、噛み合い周波数特定手段で特定された各歯車対の噛み合い周波数を示す図である。図4および図5に示すように、制御装置39は、これら各歯車対の噛み合い周波数を表示部41に表示させる制御を行う。噛み合い周波数特定手段45は、例えば、遊星歯車噛み合い周波数GMFpを36.47Hz、平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数GMFlmを203.1Hz、平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数GMFmhを968.2Hzと特定し得る。
FIG. 5 is a diagram showing the meshing frequency of each gear pair specified by the meshing frequency specifying means. As shown in FIGS. 4 and 5, the
具体的な噛み合い周波数特定アルゴリズムの例を以下に示す。
図6は、噛み合い周波数特定手段による噛み合い周波数特定方法を示すフローチャートである。以下の説明において図4も適宜参照しつつ説明する。この実施形態に係る噛み合い周波数特定方法は、高調波領域設定過程(ステップa1)と、調査周波数範囲設定過程(ステップa2)と、最大ピーク振幅等算出過程(ステップa3)と、噛み合い周波数特定過程(ステップa4)とを有する。各過程は、ステップ順に、高調波領域設定手段42、調査周波数範囲設定手段43、最大ピーク振幅等算出手段44、噛み合い周波数特定手段45が制御主体である。
An example of a specific meshing frequency identification algorithm will be described below.
FIG. 6 is a flowchart showing a meshing frequency specifying method by the meshing frequency specifying means. In the following description, description will be made with reference to FIG. The meshing frequency specifying method according to this embodiment includes a harmonic region setting process (step a1), a survey frequency range setting process (step a2), a maximum peak amplitude calculation process (step a3), and a meshing frequency specifying process (step a3). Step a4). In each process, the harmonic region setting means 42, the investigation frequency range setting means 43, the maximum peak amplitude etc. calculating means 44, and the meshing
ステップa1:本処理開始後、予想周波数の何倍の高調波まで調査するかが設定される。今回は3倍に設定される。
ステップa2:調査周波数範囲が設定される。調査周波数範囲を以下に示す。
範囲(1)予想周波数±回転周波数の1/2
範囲(2)予想周波数×2±回転周波数の1/2
範囲(3)予想周波数×3±回転周波数の1/2
範囲(1)〜(3)を一組の調査周波数範囲とする。側帯波の影響を防ぐため、歯車の遅い方の回転周波数を用いることが好ましい。
Step a1: After the start of this process, it is set how many harmonics of the expected frequency are to be investigated. This time it is set to triple.
Step a2: An investigation frequency range is set. The investigation frequency range is shown below.
Range (1) Expected frequency ± 1/2 of rotation frequency
Range (2) Expected frequency x 2 ± 1/2 of rotation frequency
Range (3) Expected frequency x 3 ± 1/2 of rotation frequency
The ranges (1) to (3) are set as a set of investigation frequency ranges. In order to prevent the influence of sideband waves, it is preferable to use the rotation frequency of the lower gear.
ステップa3:調査周波数範囲(1)〜(3)内のそれぞれで最大ピーク振幅を算出する。このとき範囲(1)と範囲(2)、範囲(2)と範囲(3)の最大ピーク振幅の差が10倍以下である予想周波数を選定する。
ステップa4:ステップa3で選定した予想周波数の中で調査周波数範囲(1)〜(3)内の最大ピーク振幅の合計値が、最大のときの予想周波数をGMFmhとし、二番目に大きいときの予想周波数をGMFlmとし、三番目に大きいときの予想周波数をGMFpとして特定する。その後本処理を終了する。
Step a3: Calculate the maximum peak amplitude in each of the investigation frequency ranges (1) to (3). At this time, an expected frequency in which the difference between the maximum peak amplitudes in the range (1) and the range (2) and the range (2) and the range (3) is 10 times or less is selected.
Step a4: GMFmh is the expected frequency when the sum of the maximum peak amplitudes in the investigation frequency range (1) to (3) is the largest among the expected frequencies selected in step a3, and the prediction is the second largest. The frequency is specified as GMFlm, and the expected frequency at the third largest is specified as GMFp. Thereafter, the present process ends.
GMFp、np、Nから遊星歯車装置の歯数(Zr、Zp、Zs)を特定するアルゴリズムの例を以下に示す。図7は、この遊星歯車装置の歯数を特定する過程(遊星歯車歯数特定過程)を示すフローチャートである。この過程の制御主体は遊星歯車歯数特定手段46である。
ステップb1:本処理開始後、回転速度センサSb(図3)から測定したnp(ステップb0)と、特定したGMFpを前記式(1)に代入し、Zr=110.515となり、これを四捨五入してZrを「111」と特定する。
An example of an algorithm for specifying the number of teeth (Zr, Zp, Zs) of the planetary gear device from GMFp, np, and N will be described below. FIG. 7 is a flowchart showing a process of specifying the number of teeth of the planetary gear device (a process of specifying the number of teeth of the planetary gear). The controlling entity of this process is the planetary gear tooth
Step b1: After the start of this processing, the np (step b0) measured from the rotation speed sensor Sb (FIG. 3) and the specified GMFp are substituted into the above equation (1), and Zr = 110.515 is rounded. Zr is specified as “111”.
ステップb2:特定したZr=111を用いて、式(3)および式(5)より19<Zp<50となり、歯数Zpの範囲が限定できる。
ステップb3:19<Zp<50において、式(2)を満たす遊星歯車と太陽歯車の歯数の組合せ(Zp、Zs)を算出する。算出した(Zp、Zs)を以下に示す。どちらかの歯数が17以下になる組合せは除外した。
Step b2: Using the specified Zr = 111, from the expressions (3) and (5), 19 <Zp <50, and the range of the number of teeth Zp can be limited.
Step b3: In the case of 19 <Zp <50, the combination (Zp, Zs) of the number of teeth of the planetary gear and the sun gear satisfying the expression (2) is calculated. The calculated (Zp, Zs) are shown below. Combinations in which the number of teeth is 17 or less were excluded.
(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)
(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)
ステップb4:ステップb3の(Zp、Zs)において前記式(4)を満たすものを特定する。特定した(Zp、Zs)を以下に示す。
(Zp、Zs)=
(21、69)(24、63)(27、57)(30、51)(33、45)(36、39)(39、33)
(42、27)(45、21)
ステップb5:ステップb4の組合せで速度比Zr/Zs+1が最大となるものは(Zp、Zs)=(45、21)である。よって、歯数(Zr、Zp、Zs)=(111、45、21)と特定できた。制御装置39は、これら歯数(Zr、Zp、Zs)を表示部41に表示させる制御を行う。
Step b4: The (Zp, Zs) of step b3 that satisfies the expression (4) is specified. The specified (Zp, Zs) are shown below.
(Zp, Zs) =
(21, 69) (24, 63) (27, 57) (30, 51) (33, 45) (36, 39) (39, 33)
(42, 27) (45, 21)
Step b5: The combination of step b4 in which the speed ratio Zr / Zs + 1 is the maximum is (Zp, Zs) = (45, 21). Therefore, the number of teeth (Zr, Zp, Zs) was identified as (111, 45, 21). The
GMFlm、GMFmhから二段平行軸歯車装置の歯数(Zlg、Zmp、Zmg、Zhp)を特定するアルゴリズムの例を以下に示す。図8は、この二段平行軸歯車装置の歯数を特定する過程(二段平行軸歯車歯数特定過程)を示すフローチャートである。この過程の制御主体は二段平行軸歯車歯数特定手段47である。
本処理開始後、測定された主軸回転速度np(ステップc0)、IおよびIpから、高速軸回転速度np×I、低速軸回転速度np×Ipを算出する(ステップc1)。
An example of an algorithm for specifying the number of teeth (Zlg, Zmp, Zmg, Zhp) of the two-stage parallel shaft gear device from GMFlm and GMFmh is shown below. FIG. 8 is a flowchart showing a process of specifying the number of teeth of the two-stage parallel shaft gear device (a process of specifying the number of teeth of the two-stage parallel shaft gear). The controlling entity of this process is the two-stage parallel shaft gear tooth
After the start of this process, a high-speed shaft rotation speed np × I and a low-speed shaft rotation speed np × Ip are calculated from the measured main shaft rotation speed np (step c0), I and Ip (step c1).
算出した高速軸回転速度np×I、低速軸回転速度np×Ipと、特定したGMFmh、GMFlmを前記式(6)、式(7)に代入し、Zhp=31.866、Zlg=97.913となる。これらを四捨五入して(Zhp、Zlg)=(32、98)と特定できる(ステップc2)。
ステップc2で得られた値を前記式(8)に代入し、歯数比Zmg/Zmpを算出する。Zmpの範囲は切り下げ防止条件とZlgより、17<Zmp<98となる(ステップc3)。この範囲内の整数Zmpから上記歯数比Zmg/Zmpを用いてZmgを算出する(ステップc4)。このとき、増速比および回転周波数の測定精度によりZmgは整数にならない場合が多い。
The calculated high-speed shaft rotation speed np × I, low-speed shaft rotation speed np × Ip, and the specified GMFmh and GMFlm are substituted into the above expressions (6) and (7), and Zhp = 31.866 and Zlg = 97.913. Becomes These can be specified as (Zhp, Zlg) = (32, 98) by rounding them (step c2).
The value obtained in step c2 is substituted into the above equation (8), and the tooth number ratio Zmg / Zmp is calculated. The range of Zmp satisfies 17 <Zmp <98 from the cut-down preventing condition and Zlg (step c3). From the integer Zmp within this range, Zmg is calculated using the tooth number ratio Zmg / Zmp (step c4). At this time, Zmg often does not become an integer due to the measurement accuracy of the speed increase ratio and the rotation frequency.
ステップc4で得られた(Zmg、Zmp)の中で、速度比Zlg/Zmp、Zmg/Zhpの差が1.5以下となり、Zmgが最も整数に近いものを特定すると、(Zmg、Zmp)=(109.981、23)となる。よって、四捨五入すると(Zmg、Zmp)=(110、23)と特定できた(ステップc5)。
これらアルゴリズムで特定した噛み合い周波数および歯数が、増速機内部の歯車の設計諸元が既知である増速機の各値と一致するかを確認する試験を行った。
Among the (Zmg, Zmp) obtained in step c4, when the difference between the speed ratios Zlg / Zmp, Zmg / Zhp is 1.5 or less and Zmg is closest to the integer, (Zmg, Zmp) = (109.981, 23). Therefore, by rounding off, it was specified that (Zmg, Zmp) = (110, 23) (step c5).
A test was conducted to confirm whether the meshing frequency and the number of teeth specified by these algorithms matched the values of the gearbox in which the design specifications of the gears inside the gearbox were known.
この試験において、特定する各歯車対の噛み合い周波数に対応するセンサは、以下の通りである。
・遊星歯車噛み合い周波数:増速機入力軸受用加速度センサSc(図2)および増速機遊星軸受用加速度センサSd(図2)
・平行軸歯車低・中速軸噛み合い周波数:増速機低速軸受用加速度センサSe(図2)および増速機中速軸受用加速度センサSf(図2)
・平行軸歯車中・高速軸噛み合い周波数:増速機中速軸受用加速度センサSf(図2)および増速機高速軸受用加速度センサSg(図2)
In this test, the sensors corresponding to the specified meshing frequency of each gear pair are as follows.
-Planetary gear meshing frequency: acceleration sensor Sc for gearbox input bearing (Fig. 2) and acceleration sensor Sd for gearbox planetary bearing (Fig. 2)
-Parallel shaft gear low / medium speed shaft meshing frequency: acceleration sensor Se for low speed bearing of gearbox (Fig. 2) and acceleration sensor Sf for medium speed bearing of gearbox (Fig. 2)
・ Medium / high-speed shaft meshing frequency of parallel shaft gears: acceleration sensor Sf for medium speed bearing of gearbox (FIG. 2) and acceleration sensor Sg for high speed bearing of gearbox (FIG. 2)
同試験において、これら複数の加速度センサSc〜Sgで10秒間の振動を測定した。前提条件のN、np、I、特定するGMFp、GMFlm、GMFmh、Zr、Zp、Zs、Zlg、Zmp、Zmg、Zhpを以下に記載する。npとGMFp、GMFlm、GMFmhの単位はHzである。
よって、本実施形態のアルゴリズムで特定した噛み合い周波数および歯数が、上記で示した値と一致することを確認した。この試験において、定格運転時の各センサにおける測定データの周波数領域を図9に示す。同図9において無数のピークが確認できるものの、どのピークが噛み合い周波数であるか不明である。 Therefore, it was confirmed that the meshing frequency and the number of teeth specified by the algorithm of the present embodiment matched the values shown above. FIG. 9 shows the frequency range of the measurement data in each sensor during the rated operation in this test. Although countless peaks can be confirmed in FIG. 9, it is unclear which peak is the meshing frequency.
この状態監視システムStmによれば、噛み合い周波数特定手段45では、選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する。噛み合い周波数特定手段45は、正常な歯車対の噛み合い振動が、歯面速度が大きい程大きくなる現象を利用している。したがって、歯車の異常診断に有用な各歯車対の噛み合い周波数を特定することができる。制御装置39は、特定された噛み合い周波数から高調波成分の増減および側波帯のいずれか一方または両方の出現を監視することで、歯車の異常形態または歯面の摩耗量を算出するなどの精密な状態監視をすることができる。
According to this state monitoring system Stm, the meshing
この状態監視システムStmによれば、測定データから遊星歯車装置15を構成する内歯車22、遊星歯車21、太陽歯車20の各歯数を特定することができる。また二段平行軸歯車装置16を構成する低速軸大歯車29、中速軸小歯車30、中速軸大歯車31、高速軸小歯車32の歯数を特定することができる。よって、歯車の異常診断に有用な周波数を算出でき、常態監視システムStmの診断精度を向上することができる。
According to the state monitoring system Stm, the number of teeth of each of the internal gear 22, the
状態監視システムStmは、例えば、大規模プラント等に用いられる増速機および減速機のいずれか一方または両方の状態を監視するものであっても良い。
各センサとして、加速度センサが適用されているが、加速度センサだけに限定されるものではない。各センサとして、例えば、速度センサ、変位センサ、超音波センサ、音響センサなどを適用しても良い。
The state monitoring system Stm may monitor, for example, the state of one or both of a speed increaser and a speed reducer used in a large-scale plant or the like.
Although an acceleration sensor is applied as each sensor, it is not limited to only an acceleration sensor. As each sensor, for example, a speed sensor, a displacement sensor, an ultrasonic sensor, an acoustic sensor, or the like may be applied.
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described based on the embodiments, the embodiments disclosed herein are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
7…増速機
38…歯数特定装置
39…制御装置(監視手段)
40…噛み合い周波数特定装置
42…高周波領域設定手段
43…調査周波数範囲設定手段
44…最大ピーク振幅等算出手段
45…噛み合い周波数特定手段
46…遊星歯車歯数特定手段
Sa…加速度センサ
Stm…状態監視システム
7 speed increasing
40 meshing
Claims (4)
前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサと、
前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかが設定された高調波領域設定手段と、
前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲が複数設定された調査周波数範囲設定手段と、
この調査周波数範囲設定手段で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定手段で設定された高調波領域にて、前記センサで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出手段と、
この最大ピーク振幅等算出手段で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定手段と、
この噛み合い周波数特定手段で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する遊星歯車歯数特定手段と、を備えたことを特徴とするシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置。 A gear number specifying device for specifying the number of teeth of a single pinion type planetary gear device including one or both of a speed increaser and a speed reducer having a plurality of gear pairs,
A sensor for detecting meshing vibration generated from each gear pair,
Harmonic region setting means, which is set to what number of harmonic regions to investigate with respect to the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair,
Investigation frequency range setting means in which a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency are set,
In the expected frequency range set by the survey frequency range setting means and in the harmonic range set by the harmonic range setting means, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor, and Maximum peak amplitude etc. calculating means for selecting an expected frequency whose difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple between a plurality of set expected frequency ranges,
Among the expected frequencies selected by the maximum peak amplitude etc. calculating means, the total value of the maximum peak amplitudes calculated within a range of a plurality of set expected frequencies within a predetermined time is k-th (k is a natural number). Meshing frequency specifying means for specifying an expected frequency which is larger than the gear number as a meshing frequency of a gear pair having the kth largest tooth surface speed,
From the meshing frequency specified by the meshing frequency specifying unit, a planetary gear tooth number specifying unit that specifies the number of teeth of the planetary gear device at which the speed ratio is maximized by using a predetermined number of teeth condition formula in the planetary gear mechanism. And a tooth number specifying device for a single pinion type planetary gear device, comprising:
前記各歯車対から発生する噛み合い振動をそれぞれ検出するセンサを用い、
前記各歯車対の噛み合い周波数の予想周波数に対し、何倍までの高調波領域を調査するかを設定する高調波領域設定過程と、
前記噛み合い周波数を調査する予想周波数の範囲を複数設定する調査周波数範囲設定過程と、
この調査周波数範囲設定過程で設定された予想周波数の範囲で且つ前記高調波領域設定過程で設定された高調波領域にて、前記センサで検出される噛み合い振動から最大ピーク振幅を算出すると共に、前記複数設定された予想周波数の範囲同士で前記最大ピーク振幅の差が定められた倍数以下である予想周波数を選定する最大ピーク振幅等算出過程と、
この最大ピーク振幅等算出過程で選定された予想周波数の中で、複数設定された予想周波数の範囲内で算出された最大ピーク振幅の定められた時間内の合計値がk(kは自然数)番目に大きいものの予想周波数をk番目に歯面速度が大きい歯車対の噛み合い周波数として特定する噛み合い周波数特定過程と、
この噛み合い周波数特定過程で特定された噛み合い周波数から、定められた遊星歯車機構における歯数条件式を用いて、速度比が最大となる前記遊星歯車装置の歯数を特定する遊星歯車歯数特定過程と、を含むことを特徴とするシングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定方法。 A tooth number specifying method for specifying the number of teeth of a single pinion type planetary gear device including one or both of a speed increaser and a speed reducer having a plurality of gear pairs,
Using a sensor that detects each meshing vibration generated from each gear pair,
For the expected frequency of the meshing frequency of each gear pair, a harmonic region setting step of setting how many times a higher harmonic region is to be investigated,
An investigation frequency range setting step of setting a plurality of expected frequency ranges for investigating the meshing frequency,
In the expected frequency range set in the investigation frequency range setting process and in the harmonic region set in the harmonic region setting process, the maximum peak amplitude is calculated from the meshing vibration detected by the sensor, and A process of calculating a maximum peak amplitude or the like for selecting an expected frequency whose difference between the maximum peak amplitudes is equal to or less than a predetermined multiple between a plurality of set expected frequency ranges,
Among the expected frequencies selected in the process of calculating the maximum peak amplitude, etc., the total value of the maximum peak amplitudes calculated within a range of a plurality of set expected frequencies within a predetermined time is k-th (k is a natural number). A meshing frequency specifying process of specifying an expected frequency which is larger than the gear number as a meshing frequency of the gear pair having the kth largest tooth surface speed;
From the meshing frequency specified in the meshing frequency specifying process, a planetary gear tooth number specifying process of specifying the number of teeth of the planetary gear device at which the speed ratio is maximized using a predetermined number of teeth condition formula in the planetary gear mechanism. And a method for specifying the number of teeth of a single pinion type planetary gear device.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016068286A JP6644610B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method |
CN201780021582.3A CN109073505A (en) | 2016-03-30 | 2017-03-24 | The condition monitoring system and state monitoring method of geared system |
DE112017001631.2T DE112017001631T5 (en) | 2016-03-30 | 2017-03-24 | Condition monitoring system of a transmission and condition monitoring method |
PCT/JP2017/012149 WO2017170270A1 (en) | 2016-03-30 | 2017-03-24 | State monitoring system of gear device and state monitoring method |
US16/146,049 US10883896B2 (en) | 2016-03-30 | 2018-09-28 | State monitoring system of gear device and state monitoring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016068286A JP6644610B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017181283A JP2017181283A (en) | 2017-10-05 |
JP6644610B2 true JP6644610B2 (en) | 2020-02-12 |
Family
ID=60006910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016068286A Active JP6644610B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6644610B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109973325B (en) * | 2017-12-20 | 2020-09-29 | 北京金风科创风电设备有限公司 | Method and apparatus for identifying abnormal vibration |
JP2021196267A (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-27 | 三菱パワー株式会社 | Sign determination device, sign determination method, and program |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02222818A (en) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Fuji Electric Co Ltd | Gear abnormality diagnostic apparatus |
JP3092453B2 (en) * | 1994-07-27 | 2000-09-25 | 宇部興産株式会社 | Diagnosis method of planetary gear mechanism |
JPH08338790A (en) * | 1995-06-13 | 1996-12-24 | Toyota Motor Corp | Method for evaluating performance of reduction gear for nut runner |
JP3673689B2 (en) * | 2000-02-29 | 2005-07-20 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Gear dynamic performance evaluation system and evaluation method |
EP1588138A1 (en) * | 2003-01-24 | 2005-10-26 | The Commonwealth of Australia as represented by the Defence Science and Technology Organisation of the Department of Defence | Synchronous averaging of epicyclic sun gear vibration |
JP5396935B2 (en) * | 2009-03-12 | 2014-01-22 | 新日鐵住金株式会社 | Belt conveyor state monitoring system, data collection device, belt conveyor operating state determination method and program |
-
2016
- 2016-03-30 JP JP2016068286A patent/JP6644610B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017181283A (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017170270A1 (en) | State monitoring system of gear device and state monitoring method | |
EP3631205B1 (en) | Wind turbine fault detection using acoustic, vibration, and electrical signals | |
EP3514376B1 (en) | System and method for monitoring a wind turbine pitch bearing | |
Nejad et al. | A prognostic method for fault detection in wind turbine drivetrains | |
Yoon et al. | On the use of a single piezoelectric strain sensor for wind turbine planetary gearbox fault diagnosis | |
EP3452799B1 (en) | Method of identifying a fault in a system of gears in a wind turbine | |
Helsen et al. | Experimental investigation of bearing slip in a wind turbine gearbox during a transient grid loss event | |
US12007310B2 (en) | State monitoring device and state monitoring system | |
EP3452793A1 (en) | Method of identifying a fault in a system of gears in a wind turbine | |
JP2019027324A (en) | Abnormality detection system and abnormality detection method of wind power generator | |
Skrimpas et al. | Residual signal feature extraction for gearbox planetary stage fault detection | |
JP6644610B2 (en) | Single pinion type planetary gear device tooth number specifying device and tooth number specifying method | |
JP6644611B2 (en) | Apparatus and method for specifying the number of teeth of a speed increaser for a windmill | |
JP6644609B2 (en) | Apparatus and method for specifying meshing frequency of gear pair | |
JP6192414B2 (en) | Rolling bearing condition monitoring device | |
Shen et al. | Vibration fault detection of vehicle transmission gearbox based on time-frequency analysis of non-stationary signals | |
Barszcz | Application of diagnostic algorithms for wind turbines | |
Raveendran et al. | Effect of multiple faults and fault severity on gearbox fault detection in a wind turbine using electrical current signals | |
Jauregui et al. | Housing stiffness influence on gearbox dynamic loading for wind turbine applications | |
Narasinh et al. | Analysing and Forecasting Degradation in Wind Turbines under Transient Operating Conditions through Vibration Analysis | |
Faming et al. | Reduced vibration and Model validation of DFIG for wind turbine | |
Huang et al. | Fault Detection of Servo Motor Bearing Based on Speed Signal Under Variable Speed Conditions | |
Leiviskä et al. | Epicyclic gearbox monitoring in a hydroelectric power plant with varying load | |
Yang et al. | Current progress on wind turbine gearbox condition monitoring and health evaluation | |
Angulo et al. | The Evaluation of an Integrated Condition Monitoring System for life extension of offshore tidal energy devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190226 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191217 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6644610 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |