摘要：齿轮是传递运动和动力的重要零部件，对其运行状态监测及故障诊断具有重大的意义。齿轮故障诊断试验台用于对齿轮进行疲劳与寿命试验、故障诊断方法测试。传统的试验台采用开放式，耗能大，不适合大功率加载和疲劳耐久性实验。设计了一种电能回送式齿轮故障诊断试验台。将发电机作为齿轮传动负载，通过发电机的电能反馈给电动机端，重新输入驱动电机端，使电能得到回收利用，负载扭矩也可以方便了调整。

　　关键词：齿轮故障诊断，电能回送，电网，试验台

　　Abstract: As the important components connecting and transmitting power, gears has great significance to monitor running condition and diagnosis fault. Traditional test-bed which uses open-label, energy-consumption, is not suitable for high-power loading and fatigue durability test. The Gear fault diagnosis Test-bed with power-loop back, through feeding back the power to the grid, re-enter the drive motor, so that power can be recycled to save energy.

　　Keywords: Gear fault diagnosis, Power loop back, Power grid , Test-bed 0.引言齿轮箱的故障诊断方法很多，如振动诊断、噪声分析、扭矩分析、油液分析、声发射、温度及能耗监测等[1]。齿轮箱故障诊断试验一般有两大类，一是进行齿轮全运行周期疲劳实验，即，新齿轮实际工作状态下，从开始啮合到完全失效。每隔一段时间记录一定长度的信息。 二是选择性地破坏齿轮(如锉伤轮齿根部，断齿，在轮齿上留下裂纹),进行啮合试验。这样的试验，尤其是疲劳试验，一般需要连续运行很长一段时间，如果不将电能回送利用，将会造成极大的能量损失。

　　齿轮故障诊断试验台用于对齿轮进行疲劳与寿命试验、故障诊断方法测试。当前齿轮试验台可分为两大类：一类为开放式，另一类为封闭式。其中开放式方案系统结构相对简单，技术含量低。但是系统输入的试验功率没有再回馈使用，几乎全部被加载装置消耗，耗能大。不宜进行大功率加载和疲劳耐久性试验[2]。而封闭式有机械封闭式、液压封闭式和电封闭式。其中机械封闭是利用齿轮传动箱将加载功率封闭起来, 在传动链中形成一寄生功率, 外部动力只负担机械摩擦和搅油等损失的功率。试验台制造成本低, 使用可靠, 应用较为广泛[3]。液压封闭式是通过泵和马达来进行功率封闭的, 马达作为动力, 泵作为加载装置, 可进行动态加载, 且反应较快;对泵、马达的性能要求较高, 有液压辅助系统, 制造成本较高[4]。

　　电能封闭方案是在原有开式试验台的基础上加一套动力回收装置，将系统消耗的能量通过电网加以回收[5]。本文主要介绍了一种交流电能回送试验台方案，由电动机拖动传动装置带动发电机发电，发出的电能回输电网,完成能量封闭，有利于进行齿轮故障诊断疲劳试验[5]-[9]。 1.电能回送式齿轮故障诊断试验台本文设计的试验台主要由变频器，三相异步电动机，编码器，减速器，扭矩传感器和三相交流同步发电机组成，具体连接结构图如下图1所示。

　　1.时钟同步脉冲 1,2.振动传感器 4.扭矩传感器

　　图1实验台结构

　　试验台各设备之间用联轴器联结，并且固定在基座上，由电动机拖动传动装置带动发电机发电。其主要设备情况如下：

　　(1)变频器

　　变频器是一种用来改变交流电频率的电气设备，基本结构如图2所示。

　　图2变频器的基本结构

　　变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有的进行恒速运转的异步电动机来说，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变颇器和相应设备，就可以利用变频器实现凋速控制，而无需对电动机和系统本身进行大的设备改造。在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差较小的范围，电动机的凋速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。

　　(2)编码器

　　编码器为传感器类的一种，主要用来检测机械运动的速度或角速度。对于齿轮振动信号，每转不同时刻采集的信号的起始点要保证相位一致，采样频率和采集的点数一样，这样的时域信号不但可以平均，而且能大大提高信噪比，减少或抑制掉不是这个轴的振动信号成分。若不是整周期采集，则信号难以去噪。利用编码器每转以等角度发出一定数量的脉冲，触发数据采集卡采集信号，这样的信号就保证了每转不同时刻采集的信号的起始点相位一致，便于时域同步平均。

　　(3)扭矩传感器

　　扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。它将扭力的物理变化转换成精确的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。可以应用在：交(直)流电动机、伺服电机、步进电机;汽车发动机、柴油机、转向器、车身整体刚性扭转试验以及其他部件加工过程的控制和检测;电(手)动执行器、各种阀门自动开闭控制等等。齿轮故障诊断实验可以采集扭矩信号，从扭矩信号变化角度进行齿轮故障诊断。

　　(4)励磁调节器

　　同步发电机无论在正常或事故情况下，都要对励磁装置进行必要的调整，在正常情况下调整是为了保证发电机端电压维持所要求的水平和使用并列组无功功率合理分配;在事故情况下调整是在发电机电压急剧下降时，迅速加大发电机励磁电流，提高发电机电压，改善系统在事故情况下的运行条件。电能回送试验台，通过将将一定的电流输入发电机的励磁功率控制单元，通过调节输入的励磁电流大小，改变发电机产生的三相交流电的电压，便于并网。

　　(5)减速箱

　　减速箱是一种相对精密的机械，它是在原动机和工作机或执行机之间起匹配转速和传递的作用，在现代机械中应用极为广泛。使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。本实验采用杭州杰牌传动科技有限公司生产的两个型号为JRTR47AD2的二级斜齿轮减速箱，传动比为16.22。 2.试验台工作原理2.1电能回送原理

　　将工频为50Hz的交流电输入变频器，电流经过变频器内部的整流电路、直流中间电路以及逆变电路后，转变成频率和电压都可调的交流电。在电动机未接通电源前，转子是静止不动的;当定子绕组通以三相电流，它就产生旋转磁场。这时，转子绕组的导体与旋转磁场之间便有了相对运动。电动机输出轴通过联轴器，拖动编码器，减速器，扭矩传感器转动，从而带动发电机转动。

　　待发电机的转速接近或达到额定值时用励磁调节器加励磁，转自励磁绕组内即通入直流电流，在电机中产生励磁磁势并建立磁场。由于励磁磁场随着转子被原动机驱动旋转而成为一个旋转磁场，其主磁通切割静止的定子绕组(导体),故在定子绕组中感应电势。定子导体的感应电势是随时间按正弦规律变化的交变电势。其瞬时值

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