Gearbox Vibration Signal Amplitude and Frequency Modulation
- 1. University of Sfax
- 2. Wrocław University of Science and Technology
Description
Gearboxes usually run under fluctuating load conditions during service, however most of papers available in the literature describe models of gearboxes under stationary load conditions. Main task of published papers is fault modeling for their detection. Considering real situation from industry, the assumption of stationarity of load conditions cannot be longer kept. Vibration signals issued from monitoring in maintenance operations differ from mentioned models (due to load non-stationarity) and may be difficult to analyze which lead to erroneous diagnosis of the system. The objective of this paper is to study the influence of time varying load conditions on a gearbox dynamic behavior. To investigate this, a simple spur gear system without defects is modeled. It is subjected to a time varying load. The speed-torque characteristic of the driving motor is considered. The load variation induces speed variation, which causes a variation in the gearmesh stiffness period. Computer simulation shows deep amplitude modulations with sidebands that don't differ from those obtained when there is a defective tooth. In order to put in evidence the time varying load effects, Short Time Fourier Transform and then Smoothed Wigner-Ville distribution are used. Results show that the last one is well suited for the studied case. The experimental validation presented at the end of the paper confirms the obtained results. Such results offer useful information when diagnosing gear transmissions by avoiding confusing conclusions from vibration signals.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
عادة ما تعمل علب التروس في ظل ظروف حمل متقلبة أثناء الخدمة، ولكن معظم الأوراق المتاحة في الأدبيات تصف نماذج علب التروس في ظل ظروف الحمل الثابتة. تتمثل المهمة الرئيسية للأوراق المنشورة في نمذجة الأخطاء للكشف عنها. بالنظر إلى الوضع الحقيقي من الصناعة، لا يمكن الحفاظ على افتراض ثبات ظروف الحمل لفترة أطول. تختلف إشارات الاهتزاز الصادرة عن المراقبة في عمليات الصيانة عن النماذج المذكورة (بسبب عدم ثبات الحمل) وقد يكون من الصعب تحليلها مما يؤدي إلى تشخيص خاطئ للنظام. الهدف من هذه الورقة هو دراسة تأثير ظروف الحمل المتغيرة للوقت على السلوك الديناميكي لعلبة التروس. للتحقيق في ذلك، يتم نمذجة نظام ترس محفز بسيط بدون عيوب. يتعرض لحمولة متفاوتة زمنياً. يؤخذ في الاعتبار خاصية عزم الدوران السريع لمحرك القيادة. يؤدي تباين الحمل إلى تباين السرعة، مما يتسبب في تباين في فترة صلابة شبكة التروس. تُظهر المحاكاة الحاسوبية تعديلات السعة العميقة بأشرطة جانبية لا تختلف عن تلك التي يتم الحصول عليها عندما يكون هناك سن معيب. من أجل إثبات تأثيرات الحمل المتغيرة للوقت، يتم استخدام تحويل فورييه قصير الوقت ثم توزيع وينر فيل السلس. تظهر النتائج أن الحالة الأخيرة مناسبة تمامًا للحالة المدروسة. يؤكد التحقق التجريبي المقدم في نهاية الورقة النتائج التي تم الحصول عليها. توفر هذه النتائج معلومات مفيدة عند تشخيص ناقلات الحركة عن طريق تجنب الاستنتاجات المربكة من إشارات الاهتزاز.Translated Description (French)
Les boîtes de vitesses fonctionnent généralement dans des conditions de charge fluctuantes pendant le service, mais la plupart des papiers disponibles dans la littérature décrivent des modèles de boîtes de vitesses dans des conditions de charge stationnaire. La tâche principale des articles publiés est la modélisation des défauts pour leur détection. Compte tenu de la situation réelle de l'industrie, l'hypothèse de la stationnarité des conditions de charge ne peut plus être maintenue. Les signaux de vibration émis par la surveillance lors des opérations de maintenance diffèrent des modèles mentionnés (en raison de la non-stationnarité de la charge) et peuvent être difficiles à analyser, ce qui conduit à un diagnostic erroné du système. L'objectif de cet article est d'étudier l'influence des conditions de charge variables dans le temps sur le comportement dynamique d'une boîte de vitesses. Pour étudier cela, un simple système d'engrenage droit sans défauts est modélisé. Il est soumis à une charge variable dans le temps. La caractéristique vitesse-couple du moteur d'entraînement est prise en compte. La variation de charge induit une variation de vitesse, ce qui provoque une variation de la période de rigidité de l'engrenage. La simulation informatique montre des modulations d'amplitude profondes avec des bandes latérales qui ne diffèrent pas de celles obtenues lorsqu'il y a une dent défectueuse. Afin de mettre en évidence les effets de charge variables dans le temps, une transformation de Fourier à temps court, puis une distribution Wigner-Ville lissée sont utilisées. Les résultats montrent que le dernier est bien adapté au cas étudié. La validation expérimentale présentée en fin d'article confirme les résultats obtenus. De tels résultats offrent des informations utiles lors du diagnostic des transmissions par engrenages en évitant les conclusions confuses des signaux de vibration.Translated Description (Spanish)
Las cajas de engranajes generalmente funcionan en condiciones de carga fluctuantes durante el servicio, sin embargo, la mayoría de los papeles disponibles en la literatura describen modelos de cajas de engranajes en condiciones de carga estacionaria. La tarea principal de los artículos publicados es el modelado de fallas para su detección. Teniendo en cuenta la situación real de la industria, el supuesto de estacionariedad de las condiciones de carga no se puede mantener por más tiempo. Las señales de vibración emitidas por el monitoreo en las operaciones de mantenimiento difieren de los modelos mencionados (debido a la no estacionariedad de la carga) y pueden ser difíciles de analizar, lo que conduce a un diagnóstico erróneo del sistema. El objetivo de este trabajo es estudiar la influencia de las condiciones de carga variables en el tiempo en el comportamiento dinámico de una caja de engranajes. Para investigar esto, se modela un sistema simple de engranajes rectos sin defectos. Se somete a una carga variable en el tiempo. Se considera la característica de velocidad-par del motor de accionamiento. La variación de carga induce una variación de velocidad, lo que provoca una variación en el periodo de rigidez del engranaje. La simulación por ordenador muestra modulaciones de amplitud profunda con bandas laterales que no difieren de las obtenidas cuando hay un diente defectuoso. Para poner en evidencia los efectos de carga variables en el tiempo, se utiliza la Transformada de Fourier de Tiempo Corto y luego la distribución Suavizada de Wigner-Ville. Los resultados muestran que el último es muy adecuado para el caso estudiado. La validación experimental presentada al final del artículo confirma los resultados obtenidos. Estos resultados ofrecen información útil a la hora de diagnosticar las transmisiones de engranajes al evitar conclusiones confusas a partir de las señales de vibración.Files
839420.pdf.pdf
Files
(4.5 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6c606345a3444df4f64cf1e42bcea802
|
4.5 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ارتفاع إشارة اهتزاز علبة التروس وتعديل التردد
- Translated title (French)
- Amplitude du signal de vibration de la boîte de vitesses et modulation de fréquence
- Translated title (Spanish)
- Amplitud de la señal de vibración de la caja de cambios y modulación de frecuencia
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4242527013
- DOI
- 10.1155/2012/839420