An Approach to Fault Diagnosis of Gearbox Based on an Instantaneous Angular Acceleration. Experimental Study

Abstract

Introduction. Gears are important parts of almost every operating mechanism in many industries. The gear condition monitoring is an important unit of condition monitoring of a mechanism as a whole. The vibration is one of the most used sources of information for equipment technical diagnostics. Traditionally, vibration is measured by accelerometers which are fixed on the mechanism body. Analyse of the measured data from the accelerometers requires applying the special methods and the staff with developed analytical skills. On the other hand, a novel approach to the accelerometer fitting location allows receiving extra diagnostic information and facilitating diagnosis. Aim. The present study shows the application of the novel approach to the accelerometer fitting location and the analyse of extra information for gearbox diagnosis. Materials and methods. The novel accelerometer fitting location is a rotating shaft of the mechanism. The extra diagnostic information is an angular acceleration of the rotating shaft. The theoretical base for the angular acceleration as diagnosis information is shown in the study. Results. The study contains experimental results of fault detecting such as the 'chipped tooth' and 'broken tooth' of a pinion. In addition, the study contains the proposed criteria for the detection of the local fault. Conclusion. The experimental results and the applied criteria show that the proposed approach allows detecting the pinion local defect on the first pinion rotation frequency clearly at various rotation frequencies. Введение. Зубчатые передачи являются важными частями практически каждого исполнительного механизма во многих отраслях промышленности. В связи с этим мониторинг состояния редуктора является важной частью общего мониторинга состояния механизма в целом. В свою очередь вибрация – наиболее применяемый источник диагностической информации о техническом состоянии исполнительного механизма. Традиционно вибрация измеряется при помощи акселерометров, которые закреплены на корпусе механизма. Однако анализ измеренных сигналов требует применения разнообразных развитых методов обработки информации. С другой стороны, применение новых подходов к месту закрепления акселерометров позволяет получить дополнительную информацию о техническом состоянии, а также упростить процесс обнаружения дефектов в механизмах. Цель. Показать возможности применения новых подходов к месту закрепления акселерометров и измеряемой расширенной информации для диагностики коробки передач. Материалы и методы. Новое место крепления акселерометров – вращающийся вал механизма. В свою очередь, дополнительный источник информации – угловое ускорение вращающегося вала. В исследовании приведено теоретическое обоснование углового ускорения в качестве источника диагностической информации. Результаты. Исследование содержит экспериментальные результаты обнаружения неисправностей, таких как «сколотый зуб» и «сломанный зуб» шестерни. Более того, исследование содержит предложенные критерии для выявления локальной неисправности шестерни. Заключение. Результаты эксперимента и примененные критерии показывают, что предлагаемый подход позволяет четко обнаружить локальный дефект ведущего зубчатого колеса на частоте вращения первого зубчатого колеса на различных частотах вращения.