Wykrywanie wczesnych faz uszkodzeń kół zębatych w warunkach eksploatacyjnych

Przekładnie zębate są powszechnie wykorzystywane w układach napędowych maszyn i urządzeń. W trakcie ich eksploatacji bardzo istotne jest odpowiednio wczesne pozyskanie informacji o postępujących procesach degradacyjnych. Pozwala to na zaplanowanie we właściwym czasie niezbędnych przeglądów oraz napraw, zwiększając w ten sposób niezawodność wszystkich elementów łańcucha kinematycznego. Z tego powodu w artykule zawarto wyniki prac zespołu w zakresie diagnostyki wibroakustycznej uszkodzeń elementów przekładni zębatych. Przedstawiono przegląd badań symulacyjnych i doświadczalnych, których celem było opracowanie metod pozwalających na wczesną identyfikację uszkodzeń zębów w postaci pittingu powierzchni roboczych, wykruszenia wierzchołka, pęknięcia u podstawy zęba oraz częściowego wyłamania zęba. Dokonano oceny efektywności wybranych metod przetwarzania sygnałów wibroakustycznych w procesie wykrywania uszkodzeń kół zębatych przy jednoczesnym występowaniu uszkodzeń łożyskowania przekładni pracujących w różnych warunkach. Wstępnie przetworzone sygnały drganiowe analizowane w dziedzinie czasu i częstotliwości stanowiły podstawę do opracowania miar diagnostycznych wrażliwych na wczesne stadia uszkodzeń. Miary otrzymane w wyniku symulacji oraz badań doświadczalnych wykorzystano do budowy zestawu wzorców klasyfikatora neuronowego diagnozującego rodzaj i stopień uszkodzenia kół przekładni z błędem walidacji poniżej 5%. Uzyskana zgodność jakościowa i ilościowa wyników badań symulacyjnych i doświadczalnych wykazała, że wykorzystanie rozbudowanego i zidentyfikowanego modelu dynamicznego przekładni w układzie napędowym, umożliwia pozyskanie wiarygodnych relacji diagnostycznych

Toothed gears are commonly used in various power transmission systems. Collecting information about degradation processes early enough is crucial during their exploitation. It enables suitable planning of required inspections and repairs, improving the reliability of all kinetic chain elements. The article includes results of the team’s research work on vibroacoustic diagnostic of gearbox components’ faults. A review of simulation and experimental researches that aimed at elaboration of methods which would enable early identification of teeth faults in the form of working surface pitting, spalling of tooth crest, crack at the tooth bottom as well as partial breaking of a tooth, is presented. Assessment of selected methods of processing the vibroacoustic signals during the detection of gear faults has been carried out while faults occur in gear bearings working under various conditions. The initially processed vibration signals analyzed within time and frequency domains constituted a basis for preparation of detection measures that were sensitive to early stages of damage. The measures obtained as a result of simulation and experimental tests were used to construct a set of neuron classifier models to diagnose the type and degree of toothed wheels faults with a validation error below 5%. The achieved qualitative and quantitative conformity of simulation and experimental research results has shown that application of an expanded and identified dynamic model of the gear in a power transmission system enables the acquisition of reliable diagnostic relations.