Wykrywanie różnych uszkodzeń kół przekładni zębatych

• Autorzy: Wojnar G. , Łazarz B.

Warianty tytułu

EN

The method logging of residual and differential signals for gear working with variables the rotational speeds and loads

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zakres pracy obejmuje badania doświadczalne i symulacyjne prowadzone w przypadku przekładni o różnych parametrach geometrycznych i odchyłkach wykonania kół zębatych, pracujących z różnymi prędkościami obrotowymi i przy różnych obciążeniach. Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz można stwierdzić, że zaawansowane metody przetwarzania sygnału prędkości drgań poprzecznych wałów, zmierzonego w kierunku działania siły międzyzębnej oraz wykorzystanie analiz jednocześnie w dziedzinach czasu i częstotliwości lub czasu i skali (CWT) umożliwiło efektywne wykrywanie różnych uszkodzeń kół zębatych takich jak: wykruszenie wierzchołka zęba zębnika lub koła, pęknięcie zęba zębnika lub koła u podstawy, częściowe wyłamanie zęba oraz zmęczeniowe wykruszenie warstwy wierzchniej współpracujących powierzchni roboczych zębów (pitting).

EN

This paper presents results of laboratory tests that, were aimed at detecting early stages of various faults in toothed wheels by measurement and analysis of transverse vibration speed of the transmission gear shafts. In experimental investigation, cracking of the root tooth, chipping of the tooth, and partial breakage or pitting of the tooth active surface were detected. The laser vibrometer Ometron VH300+ was used for non-contact measurement of shaft transversal vibration speed. In the case of measuring gear shaft vibration velocity, the way of the signal generated by the defect of a gear wheel (or bearing) is shortened as well as the influence of composed transmittance of the bearing-gear housing system is eliminated. WV time-frequency analysis and complex continuous wavelet transformations were used for detection. The authors introduced a measure of local tooth damage, which was proportional to the size of damage. An addition new index was created to measure pitting of the tooth surface. The utility of the measure for detecting damage toothed wheel, which operates with different rotational, different loads, and different performance deviation, was investigated. The results of research presented in this paper confirmed that the defect's measure is very sensitive to the development of teeth faults.

Słowa kluczowe

PL

przekładnia zębata; uszkodzenie zęba; zmienna prędkość obrotowa; zmienne obciążenie; sygnał resztkowy; sygnał różnicowy

EN

diagnostics; gear faults; wavelet transform; time-frequency analysis

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 3(39)
• Strony: 41--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojnar G.

autor

Łazarz B.

• Politechnika Śląska Wydział Transportu, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel: [phone],

Bibliografia

• [1] Batko W., Mikulski A.: Zastosowanie metod falkowych w systemach monitoringu wibroakustycznego łożyskowania urządzenia wyciągowego. Diagnostyka vol. 26, 2002, s. 7÷12.
• [2] Cempel Cz.: Diagnostyka wibroakustyczna maszyn. PWN, Warszawa, 1989.
• [3] Dalpiaz G., Rivola A., Rubini R.: Dynamic Modeling of Gear System for Condition Monitoring and Diagnostics. Kongres Diagnostyki Technicznej, Gdańsk, 1996, (2), s. 185÷192.
• [4] Dalpiaz G., Rivola A., Rubini R.: Gear Fault Monitoring – Comparison of Vibration Analysis Techniques. Proceedings of the 3rd International Conference on Acoustical and Vibratory surveillance and Diagnostic Techniques, 13-15/10/1998, Senlis, France, s. 623÷637.
• [5] Dąbrowski Z., Radkowski S., Wilk A.: Dynamika przekładni zębatych – Badania i symulacja w projektowaniu eksploatacyjnie zorientowanym. Wydawnictwo i Zakład Poligrafii Instytutu Technologii Eksploatacji w Radomiu Warszawa – Katowice – Radom 2000.
• [6] Decker H. J.: Effects on Diagnostic Parameter After Removing Additional Synchronous Gear Meshes. NASA/TM – 2003 – 212312 ARL- TR – 2933; 2003 r.
• [7] Decker H. J.: Gear Crack Detection Using Tooth Analysis. NASA/TM – 2002 – 211491 ARL- TR – 2681; 2002 r.
• [8] Grabill P., Berry J., Grant L., Porter J.: Automated Helicopter Vibration Diagnostics for the US Army and National Guard. 57th Annual Forum of the American Helicopter Society, Washington, DC, May 9÷11, 2001.
• [9] Howard J., Jia S., Wang J.: The Dynamic Modeling of a Spur Gear in Mesh Including Friction and a Crack. Mechanical Systems and Signal Processing, 15(5), 2001, s. 831÷853.
• [10] James Li C., Limmer J. D.: Model – Based Condition Index for Tracking Gear Wear and Fatigue Damage, Wear, vol. 241 (1), 2000, s. 26÷32.
• [11] Łazarz B., Madej H., Czech P.: Miary statystyczne jako dane wejściowe dla sztucznych sieci neuronowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej – s. Transport z. 48, Gliwice 2003 r., s. 113÷120.
• [12] Łazarz B., Wojnar G.: Bezkontaktowe pomiary laserowe drgań w diagnostyce wibroakustycznej. XI Sympozjum Naukowe „Nowe technologie i materiały w metalurgii i inżynierii materiałowej”, Katowice, 16.05.2003
• [13] Łazarz B., Wojnar G.: Detection of Early Stages of Pinion Tooth Chipping in Transmission Gear. Machine Dynamics Problems 2003,vol. 27, No 3, s. 23÷34.
• [14] Łazarz B., Wojnar G.: Diagnozowanie lokalnych uszkodzeń łożysk tocznych w przekładni zębatej. Materiały XXX Jubileuszowego Ogólnopolskiego Sympozjum DIAGNOSTYKA MASZYN, Węgierska Górka 03.03 ÷ 08.03.2003 r.
• [15] Łazarz B., Wojnar G.: Identyfikacja strat mocy w przekładni zębatej walcowej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej – s. Transport z. 43, Gliwice 2001 r., s. 143÷152.
• [16] Łazarz B., Wojnar G.: Model dynamiczny układu napędowego z przekładnią zębatą. XVII Ogólnopolska Konferencja PRZEKŁADNIE ZĘBATE, Węgierska Górka 09.10 ÷ 11.10.2000 r., s. 101÷108.
• [17] Łazarz B., Wojnar G.: Modelowanie lokalnych uszkodzeń łożysk tocznych w przekładni zębatej do celów diagnostycznych. Materiały V Krajowej Konferencji "Diagnostyka Techniczna Urządzeń i Systemów" DIAG' 2003, 13÷17.10.2003.
• [18] Łazarz B., Wojnar G.: Modelowanie przekładni zębatych w układzie napędowym do celów diagnostycznych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej – s. Transport z. 44, Gliwice 2002 r., s. 127÷134.
• [19] Łazarz B., Wojnar G.: Uśrednianie sygnału drganiowego przekładni zębatej z wykorzystaniem różnych metod estymacji opóźnienia czasowego. Materiały XXXI Ogólnopolskiego Sympozjum DIAGNOSTYKA MASZYN, Węgierska Górka 01.03 ÷ 06.03.2004 r.
• [20] Łazarz B.: Zidentyfikowany model dynamiczny przekładni zębatej w układzie napędowym jako podstawa projektowania. Wydawnictwo i Zakład Poligrafii Instytutu Technologii Eksploatacji w Radomiu, K-ce-Radom 2001.
• [21] Madej H., Czech P., Konieczny Ł.: Wykorzystanie dyskryminant bezwymiarowych w diagnostyce przekładni zębatych. Diagnostyka, vol. 28, 2003, s. 17÷22.
• [22] Madej H., Czech P., Konieczny Ł.: Zastosowanie dyskryminant bezwymiarowych w diagnostyce przekładni zębatych. XXX Ogólnopolskie Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 2003.
• [23] Martin H. R.: Statistical Moment Analysis as a Means of Surface Damage Detection. Proceedings of 7th International Modal Analysis conferences, Society for Experimental Mechanics, Schenectady, N. Y., 1989.
• [24] Misiti M., Misiti Y., Oppenheim G., Poggi J. M.: Wavelet Toolbox for Use with Matlab. Version 2, Copyright 2000 by The Math Works, Inc.
• [25] Mosher M., Pryor A. H., Huff E. M.: Evaluation of Standard Gear Metrics in Helicopter Flight Operation. 56th Mechanical Failure Prevention Technology Conference, Virginia Beach USA 2002.
• [26] Müller L.: Przekładnie zębate - obliczenia wytrzymałościowe. WNT, Warszawa 1972.
• [27] Paya B. A., Esat I. I., Badi M. N. M.: Artificial Neural Network Based Fault Diagnostics of Rotating Machinery Using Wavelet Transforms as a Preprocessor. Mechanical Systems and Signal Processing. 11,1997, s. 751÷765.
• [28] Radkowski S.: Low-Energy Components of Vibroacustics Signal as the Basis for Diagnosis of Defect Formation. Machine Dynamics Problems vol. 12, 1995.
• [29] Radkowski S.: Wibroakustyczna diagnostyka uszkodzeń niskoenergetycznych, Wydawnictwo i Zakład Poligrafii Instytutu Technologii Eksploatacji w Radomiu W-wa- Radom 2002.
• [30] Staszewski W. J., Tomlinson G. R. Local Tooth Fault Detection in Gearboxes Using a Moving Window. MSSP 1997, 11(3), s. 331÷350.
• [31] Stewart R. M.: Some Useful Data Analysis Techniques For Gearbox Diagnostics. Report MHM/R/10/77, Machine Health Monitoring Group, Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton 1977.
• [32] Swami A., Mendel J. M., Nikias Ch. L.: Higher-Order Spectral Analysis Toolbox. Copyright by The Math Works, Inc, wydanie trzecie 1998.
• [33] Tomaszewski J., Osiński J.: Współczynnik energetyczny w diagnostyce przekładni zębatych. Kongres Diagnostyki Technicznej, Gdańsk, 1996, (3), s. 301÷307.
• [34] Wilk A., Łazarz B., Madej H., Wojnar G.: Analiza zmian wibroakustycznych symptomów diagnostycznych w procesach zużyciowych kół zębatych. Materiały XXX Jubileuszowego Ogólnopolskiego Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka, 2003.
• [35] Wilk A., Łazarz B., Madej H., Wojnar G.: Metody wczesnego wykrywania lokalnych uszkodzeń kół zębatych. XXIX Ogólnopolskie Sympozjum DIAGNOSTYKA MASZYN, Węgierska Górka04.03 ÷ 09.03.2002 r., s. 345÷354.
• [36] Wilk A., Łazarz B., Madej H.: Metody wczesnego wykrywania uszkodzeń w przekładniach zębatych. Przegląd Mechaniczny, nr 3, 2002, s. 14÷18.
• [37] Wilk A., Łazarz B., Madej H.: The Application of Wavelet Analysis in the Diagnosis of Toothed Wheels Damages, Proceed. INTERNOISE ’99, USA, s. 933÷938.
• [38] Wojnar G.: Model dynamiczny układu napędowego złożonego z silnika asynchronicznego, przekładni zębatej oraz maszyny roboczej. Praca magisterska. Politechnika Śląska. Katowice 2000.
• [39] Wojnar G.: Wykrywanie uszkodzeń kół zęba-tych wybranymi metodami przetwarzania sygnałów drganiowych. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska 2004 r.
• [40] Zakrajsek, J. J.; Handschuh, R. F.; and Decker, H. J.: Application of Fault Detection Techniques to Spiral Bevel Gear Fatigue Data. Proceedings of the 48th Meeting of the Mechanical Failures Prevention Group. Office of Naval Research, Arlington, VA., 1994, s. 93÷104.
• [41] Zawisza M.: Wykorzystanie informacji zawartych w sygnale wibroakustycznym do oceny prawdopodobieństwa wystąpienia awarii w przekładni zębatej. Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska 2003.