[发明专利]一种齿轮非线性振动故障诊断实验平台

说明书

技术领域

本发明属于齿轮振动故障诊断技术领域，具体涉及一种齿轮非线性振动故障诊断实验平台。

背景技术

在很多重要设备、大型装备中，都有齿轮传动。齿轮在运行过程中，由于受到外部和内部激励的作用，而产生振动。由于存在摩擦、间隙以及时变刚度，齿轮振动表现出非线性的特点。齿轮的有效故障诊断是传动系统安全运行的重要保障。许多学者一直致力于齿轮故障诊断特别是非线性故障诊断的算法研究。合适的实验平台对于进行相关的算法研究至关重要。目前的实验平台主要存在两个问题：一是加载系统复杂，如机械砝码式加载，本身就伴随有振动；二是更换齿轮麻烦，轴承多为简支梁支撑方式，更换齿轮时必然要求拆卸轴承，而轴承的拆卸将改变原有的振动环境。因此，需要一种安装方便，且避免机械加载带来的振动的实验平台，以用于齿轮非线性振动故障诊断实验。

发明内容

本发明针对目前实验台普遍存在的问题，提出一种齿轮非线性振动故障诊断实验平台，采用伺服电机加载方式避免了机械加载带来的振动实现对齿轮精确加载，而且结构简单；轴承悬臂梁的安装方式避免了对轴承的拆卸。

本发明提供的齿轮非线性振动故障诊断实验平台，包括如下组成部分：实验平台台体、人机界面、驱动伺服电机控制器、负载伺服电机控制器、输入轴振动传感器、输出轴振动传感器、信号放大器、数据采集卡和信号处理计算机。其中，实验平台台体包括驱动伺服电机、联轴器、输入轴、输入轴轴承座、齿轮减速器、输出轴、输出轴轴承座、皮带和负载伺服电机。所述的齿轮减速器包括相啮合的大齿轮和小齿轮。

所述的驱动伺服电机通过联轴器与输入轴相连，输入轴连接齿轮减速器的小齿轮，齿轮减速器的大齿轮接输出轴，输出轴通过皮带与负载伺服电机相连。皮带通过安装在输出轴和负载伺服电机的带轮进行传动。

所述的人机界面分别与驱动伺服电机控制器、负载伺服电机控制器电气相连，用于控制驱动伺服电机的启停和转速，以及设置负载伺服电机负载的大小。驱动伺服电机控制器与驱动伺服电机电气相连。负载伺服电机控制器与负载伺服电机电气相连。

所述的齿轮减速器的小齿轮和输入轴固定连接，且输入轴通过轴承固定在输入轴轴承座上；大齿轮和输出轴固定连接，且输出轴通过轴承固定在输出轴轴承座上。输入轴和输出轴都设置两个以上具有一定间距的轴承来固定。

输入轴轴承座上安装有输入轴振动传感器，输出轴轴承座上安装有输出轴振动传感器。信号放大器分别与输入轴振动传感器和输出轴振动传感器电气相连，信号放大器的放大信号通过数据采集卡传到信号处理计算机。

输入轴振动传感器和输出轴振动传感器都安装有一个以上，在输入轴轴承座不同方向上布置输入轴振动传感器，在输出轴轴承座不同方向上布置输出轴振动传感器。

本发明的齿轮非线性振动故障诊断实验平台，相对现有技术具有如下优点和积极效果：

（1）本发明的齿轮的安装选择悬臂的安装方式，作为悬臂的输入轴和输出轴都通过两个以上具有一定间距的轴承固定，与目前普遍采用的轴承-齿轮-轴承结构相比，该结构具有振动干扰小、齿轮拆卸方便等特点；且两个或多个具有一定间距的轴承固定效果更好。

（2）采用人机界面通过驱动伺服电机控制器控制驱动伺服电机的启停以及转速；采用人机界面通过负载伺服电机控制器控制负载伺服电机的负载，方便对齿轮进行加载。通过伺服电机加载实现对齿轮的精确负载加载，避免了机械加载带来的振动以及空载时齿轮的拍振现象，而且结构简单。

（3）输入轴振动传感器和输出轴振动传感器可以根据需要安装在多个方向安装，用于测量齿轮不同方向的振动。齿轮故障时，齿轮的摩擦特性以及啮合刚度具有较大的变化，故障信号的非线性特点比较明显，对齿轮减速器的输入、输出轴的非线性振动信号进行数据采集与处理，便于进行齿轮非线性故障诊断的算法研究与验证。并且，采集到的振动信号，通过信号处理计算机的软件进行直观显示和故障诊断算法处理，方便故障诊断算法研究与验证。

附图说明

图1为本发明实施例中一种齿轮非线性振动故障诊断实验平台的结构图；

图2为本发明实施例中连接小齿轮的输入轴通过轴承固定的示意图。

图中：

1.输入轴振动传感器；2.信号放大器；3.输出轴振动传感器；4.数据采集卡；5.信号处理计算机；6.负载伺服电机控制器；7.驱动伺服电机控制器；8.人机界面；9.驱动伺服电机；10.联轴器；11.输入轴轴承座；12.大齿轮；13.输入轴；14.小齿轮；15.输出轴轴承座；16输出轴；17.皮带；18.负载伺服电机；19.轴承。