Διάγνωση και Πρόγνωση Βλαβών Συστημάτων Μετάδοσης Κίνησης μέσω Στατιστικών Δεικτών Κατάστασης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική στοχεύει στην διάγνωση και πρόγνωση βλαβών μέσω της ανάλυσης σήματος συστημάτων μετάδοσης κίνησης. Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από οδοντωτούς τροχούς και από έδρανα κύλισης. Πιο συγκεκριμένα, το πρώτο βήμα, είναι η ανάπτυξη ενός εργαλείου με τη μορφή GUI (graphical user interface) με βάση το οποίο θα είναι δυνατή η επεξεργασία ταλαντωτικών σημάτων και ο υπολογισμός συγκεκριμένων στατιστικών δεικτών, με βάση τους οποίους θα μπορεί να προσδιορισθεί η κατάσταση των συστημάτων. Σε δεύτερο στάδιο μελετάται η συμπεριφορά αυτών των δεικτών κατάστασης στις διάφορες πιθανές βλάβες. Η ανάλυση για τη μελέτη της συμπεριφοράς των δεικτών βασίστηκε σε πειραματικά δεδομένα που εξήχθησαν από την πειραματική διάταξη ενός συστήματος μετάδοσης κίνησης, του Εργαστηρίου Ταλαντώσεων και Δυναμικής Μηχανών. Μελετήθηκαν δύο βασικά μέρη της διάταξης, το πλανητικό κιβώτιο και το κιβώτιο δύο βαθμίδων. Βαρύτητα δόθηκε στις βλάβες των οδοντωτών τροχών και των εδράνων κύλισης του κιβωτίου δύο βαθμίδων. Η ανάλυση και επεξεργασία του σήματος καθώς και το πρόγραμμα που υπολογίζει τους δείκτες κατάστασης έγινε μέσω του προγράμματος Matlab και δημιουργήθηκε ανεξάρτητη εφαρμογή με το Matlab Compiler. Στο πρώτο κεφάλαιο, αναφέρονται βασικά στοιχεία των σημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τεχνικές ανάλυσης σήματος και γίνεται η περιγραφή των στατιστικών δεικτών κατάστασης. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναλύεται η συμπεριφορά του ταλαντωτικού σήματος για περιστρεφόμενα στοιχεία και ορίζονται οι χαρακτηριστικές συχνότητες των στοιχείων αυτών. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται περιγραφή της διάταξης από την οποία αξιοποιήθηκαν οι μετρήσεις για το κιβώτιο. Στο πέμπτο κεφάλαιο, γίνεται η περιγραφή των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις της επιτάχυνσης, όπου ιδιαίτερη σημασία δόθηκε στα επιταχυνσιόμετρα. Στη συνέχεια, στο έκτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή της λειτουργίας του προγράμματος που δημιουργήθηκε για τον υπολογισμό των στατιστικών δεικτών κατάστασης και τέλος στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται εξαγωγή και παρουσίαση των αποτελεσμάτων καθώς και συμπερασμάτων που προκύπτουν από την παρούσα μελέτη για τα έδρανα κύλισης και τους οδοντωτούς τροχούς. This diploma thesis aims to diagnose and forecast failures of drive systems through signal analysis. These systems consist of gears and roller bearings. More specifically, the first step is to develop a graphical user interface in order to calculate specific statistical condition indicators, through acceleration signal. On the basis of these indicators, the status of the transmission systems can be determined. The second step of this diploma thesis is to study the behavior of these condition indicators on various possible faults. The analysis was based on data extracted from an experimental drive device during its operation of the Laboratory of Vibrations and Machine Dynamics. Two basic parts of the device, the planetary gearbox and two-stage gearbox were studied. Importance was given to gears and roller bearings, of the two-stage gearbox. The analysis and processing of signal as well as the program that calculates the condition indicators was done through the Matlab program and an independent application was created with Matlab Compiler. More specifically, the first chapter refers to basic theory of the signals. The second chapter presents signal analysis techniques and describes the statistical fault condition indicators. In the third chapter, the behavior of vibration signal of rotating elements was analyzed and defined the characteristic frequencies of these elements. The fourth chapter describes the layout of experimental drive device, from which the measurements of different faulty components was taken. In the fifth chapter, a description of the instruments used for acceleration measurements is given, with particular emphasis on accelerometers. Next, the sixth chapter then presents a description of the function of the program created for the calculation of statistical condition indicators and in seventh chapter it is extracted and presented the results as well as the conclusions drawn from this study for the bearings and gears.