雙環減速器運動特征及其故障診斷研究
博士研究生：謝永春
指導教師：李潤方 教授
學科專業：機械設計理論
重慶大學機械傳動國家重點實驗室
概述
1.1課題來源及研究的意義
本文研究內容來源于國家自然科學基金重點項目《機械／流體傳動的節能及新型傳動方式的基礎性研究》（項目編號：59835040）中的子課題《高效多流傳動系統的設計理論和方法的研究》以及國家十五高技術研究發展計劃（863計劃）項目(網絡化、智能化大型旋轉機械在線診斷系統》（項目編號：2001 AA423200）。
平行動軸少齒差傳動是我國獨創的一種新型傳動，其傳動原理為行星輪不是作擺線運動，而是通過雙曲柄齒輪機構引導作圓周平動，已出現了單環、雙環、三環、四環及平衡式減速（增速）等裝置，分別獲國家發明專利和實用新型專利，部分產品已列入行業標準。該傳動形式與現有各種主要齒輪傳動形式相比，具有結構簡單、體積小、重量輕、傳動比大、傳動效率高、承載能力大、過載能力強等一系列優點，因而在機械、冶金、石油、建筑、水力及水泥、交通等工業領域得到了大量的應用。同時因具有裝配靈活和結構本身的獨特特征，在有些領域具有其它傳動無法代替的優勢，近年來年產值已達數億元，具有廣闊的應用前景。但該傳動在高速重載情況下振動和噪聲大、溫升高及軸承早期破壞等問題，在連續運轉、重載、高速、大傳動比工況下問題更為突出，大大影響了其推廣進程，成為亟待解決的關鍵技術難題。目前國內外開展該傳動研究主要集中在其傳動機理、運動學和動力學分析及振動噪聲測試方面，對其整個傳動系統耦合非線性振動噪聲分析和發熱機理及設計階段對產品的振動噪聲預估等方面研究很少。對于雙環減速器，由于行星輪不是作擺線運動，而是通過雙曲柄齒輪機構引導作圓周平動，在不同位置行星輪嚙合齒對數不同，導致載荷分配不均。同時由于輪齒剛度的時變特性、齒輪嚙合時的嚙入和嚙出沖擊、齒輪間側隙的存在、摩擦阻力、并列齒輪機構相位及制造安裝誤差和環作圓周平動引起的不平衡擺動力和擺動力矩的影響，使齒輪在工作中將產生內部激勵，而外載波動又使傳動系統受到外部的激勵。在這種相互的沖擊作用下，使得雙環減速器可能產生故障。
20 世紀六十年代末以來，美國、英國和日本等發達工業國家掀起了故障診斷技術研究的熱潮，并在實踐中發揮了重要的作用，取得了巨大的經濟效益和社會效益，并日益受到企業和政府主管部門的重視。目前故障診斷技術已從原來的基于時間的維修策略發展到近十幾年的基于狀態的預測性維修策略，對于系統在線監視的要求越來越高。隨著計算機技術以及Internet技術及其相關技術的迅速發展，基于網絡化的遠程故障診斷也成為當今故障診斷領域的新方向。同時，由于環式減速器的進一步深入研究及在各領域的廣泛應用，因此，對雙環減速器進行故障智能診斷預報并迅速處理，并逐步實現遠程診斷，此研究課題具有重要的實用意義。
1.2 國內外發展現狀
1.2.1 少齒差行星傳動發展簡介
隨著現代化工業技術的高速發展，機械化水平的不斷提高，對齒輪傳動裝置的技術及經濟性能也提出了越來越高的要求。在常見的齒輪傳動裝置中，普通的定軸圓柱齒輪傳動傳動比小、體積大、結構笨重；普通圓柱蝸桿傳動效率較低；而行星齒輪傳動由于具有傳動比大、重量輕、結構緊湊等優點，而得到廣泛的應用。少齒差行星齒輪傳動是行星齒輪傳動中的一種，它由一個外齒輪與一個內齒輪組成一對內嚙合齒輪副，內外齒輪的齒數相差較少，故簡稱少齒差傳動。少齒差傳動的類型很多，最早出現的是德國人提出的以外擺線為齒廓曲線的少齒差傳動，由于其中的一個齒輪采用針輪的形式，故亦稱擺線針輪行星齒輪傳動；30 年代后期日本人開始研制并試生產該行星齒輪傳動裝置，但由于當時工藝條件落后，齒形加工精度很低，因而產量不高；直到60年代擺線磨床的出現，從工藝上保證了擺線齒形的精度，才促進了這種傳動的發展。近幾十年來，擺線少齒差傳動已發展成為少齒差傳動中應用最廣泛、最基本的一種類型，此外，還發展了二齒差、復合齒型、行星軸承與偏心套合并等新的傳動結構。擺線針輪行星齒輪傳動由于其主要傳動零件采用軸承鋼并經過磨削加工，傳動時又是多齒嚙合，故其承載能力高、運轉平穩、效率高、壽命長，但其加工精度要求高，結構復雜。漸開線少齒差傳動的原理與擺線少齒差傳動基本相同，區別在于內外齒輪的齒廓曲線采用漸開線。其輪齒結構簡單、嚙合接觸應力小、承載能力高、可采用軟齒面、加工容易。但由于內嚙合齒輪齒數差很少，極易產生各種干涉，在設計過程中選擇齒輪幾何參數十分復雜。1949年蘇聯學者從理論上解決了實現一齒差傳動的幾何計算問題；到60年代隨著電子計算機的出現，漸開線少齒差傳動才得到了較迅速的發展。目前已出現了柱銷式、零齒差、十字滑塊、浮動盤式等多種傳動形式。漸開線少齒差齒輪采用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機床加工，不需要特殊刀具和專用設備，材料也可采用普遇齒輪材料，加工方便、制造成本低，但其傳動效率不如擺線少齒差傳動高。60 年代國外開始探討圓弧少齒差傳動，到70 年代中期，日本開始進行圓弧少齒差行星減速機的系列化生產。這種傳動的特點是行星輪的齒廓曲線采用四圓弧代替了擺線，輪齒與針齒在嚙合點的曲率方向相同，形成兩凹凸圓弧的內嚙合，從而提高了輪齒的接觸強度和嚙合效率，其針齒不帶齒套，并采用半埋齒結構，既提高了彎曲強度又簡化了針齒結構。此外，圓弧形輪齒的加工無需專用機床，精度也易保證，且修配方便。
近十幾年來又相繼出現了一些新的少齒差傳動形式，其中發展較快的有活齒少齒差傳動錐齒少齒差傳動、雙曲柄輸入式少齒差傳動及用彈性變形來傳遞運動的諧波傳動。實踐證明，少齒差傳動與適用于相同工況的其它機械傳動形式相比，具有許多顯著的優點：如體積小、重量輕、結構緊湊、傳動比范圍大和傳動效率高等。
我國從50 年代就開始從事少齒差傳動的研究。1958年開始研制擺線針輪減速機，60年代投人工業化生產，目前已形成系列，制定了相應的標準，該減速機己廣泛用于各類機械設備中。1960年我國研制成第一臺二齒差漸開線行星齒輪減速機，用于橋式起重機的提升機構中。1956 年我國著名機械學專家朱景梓教授根據雙曲柄機構的原理提出了一種新型少齒差傳動機構，其特點是當輸人軸旋轉時，行星輪不是作擺線運動（即高速公轉與低速自轉的合成），而是通過一雙曲柄機構引導作圓周平動。這種獨特的“雙曲柄輸人式少齒差傳動機構”得到當時國內外同行的高度評價。1963年朱景梓教授在太原工學院學報上發表了“齒數差Zd=1的漸開線K-H-v型行星齒輪減速器及設計”一文，詳細闡述了漸開線少齒差傳動的原理和設計方法。朱景梓教授所從事的這些創造性工作，為少齒差行星齒輪傳動在我國的推廣應用起了重要的指導作用。雙曲柄輸入式少齒差行星齒輪傳動使行星軸承的載荷下降，而且當內齒板為行星輪時，行星軸承的徑向尺寸可不受限制，從而提高了行星軸承的壽命。另外，這種傳動不需專門的輸出機構，可實現平行軸傳動，結構簡單、傳動效率高、適用性強。但由于歷史原因，這種傳動直到70年代末才得到了較多單位的研制和使用。目前應用范圍相當廣泛，已用在小型起重設備、畜牧機械、食品、輕工、化工機械、漁業、紡織、焊接、水利、機床、自動控制等領域。1985年冶金工業部重慶鋼鐵設計研究院陳宗源高工提出了平行軸式少齒差內齒行星齒輪傳動裝置一三環減速器，并于同年以“三環式減速（或增速）傳動裝置”申請了國家發明專利。1992年重慶鋼鐵集團公司研制出了單齒環雙曲柄輸入少齒差減速器，并于同年申請了實用新型專利。英國人在1989年也提出了類似的少齒基傳動裝置，但是按其原理設計的減速器，在一根曲柄上安裝三個內齒板，不得不做成偏心套結構，其結構復雜、加工分度精度要求高，而且在工作過程中，偏心套受交變扭矩作用，在與曲軸連接的表面產生微動磨損，導致發熱；此外，三套互成120°相位差的雙曲柄機構之間存在多次過約束，加工及裝配誤差容易導致附加沖擊，引起振動和噪聲。1987年捷克人Soucek . Josef 提出在一塊齒板上布置三個曲柄軸的內齒行星傳動裝置，并申請了專利。這種結構特點是單齒板傳動不存在死點，但由于有三個曲柄軸，加工精度要求高，結構復雜，安裝不便。1998年朱才朝對三環減速器進行了振動控制的研究。1999年哈爾濱工業大學博士研究生梁永生提出了一種新型的金屬彈性環均載的兩級三環減速機，并對其進行了理論分析及樣機實驗, 2001年天津大學博士研究生楊建明用彈性力學方法對三環傳動進行了理論分析。
1.2.2 雙環減速器故障診斷國內外研究現狀
1）故障診斷的發展及研究現狀
根據已經掌握資料，最早開發故障診斷技術的是美國。1961年開始執行阿波羅計劃后出現的一系列設備故障造成的悲劇導致1967年在美國宇航局提議下，由美國海軍研究室主持成立了美國機械故障預防小組（MFPG )，積極從事技術診斷的開發。1971 年MFPG 正式劃歸美國國家標準局領導，從事故障機理的研究、檢測、診斷和預報的技術研究，可靠性分析及耐久性評價。美國機械工程師學會（ASME ）領導下的鍋爐壓力容器監測中心在應用聲發射診斷技術（AE）對靜設備故障診斷方面取得了較大的進展。其他還有Johns Mitchel 公司的超低溫水泵和空壓機的監測技術，SPIR公司的用于軍用機械的軸和軸承診斷技術，TEDE-CO公司的潤滑油分析診斷技術等都在國際上處于領先地位。美國在航空方面，在可靠性維修管理的基礎上，大規模地對飛機進行狀態監測，采用了飛行器計算機數據綜合系統（AIDS) ，分析處理大量飛行中的信息來確定飛機各部位的故障原因并發出消除故障的命令，這一技術己用于B747和DC9等巨型客機中，大大提高了飛行安全性。據統計，世界班機每億旅客公里的死亡率從60年代的0石左右下降到70年代的0.2 左右，并非偶然。
在英國20世紀60年代末70年代初，以R.A.Collacott 為首的英國機器保健中心最先開始研究故障診斷技術，1982年曼徹斯特大學成立了沃福森工業維修公司（WIMU)，其他還有幾家公司都開展了這方面的研究工作。設備診斷技術在歐洲其他國家也有很大發展，這些國家在某一方面具有特色或領先地位，瑞典的SPM公司的軸承監測技術，挪威的船舶診斷技術，丹麥B&K 公司的振動監測診斷和聲發射監測儀器等都各有千秋。日本在鋼鐵、化工、鐵路等民用工業部門的診斷技術方面發展很快，占有某些優勢，他們密切注意世界性動向，積極引進消化最新技術，努力發展自己的診斷技術，研制自己的診斷儀器，新日鐵從1971年起開發診斷技術，到1976年基本上達到實用階段。日本的機械維修、計測自動控制、電氣和機械學會相繼設立了自己的專門研究機構。日本國立研究機構中的機械技術研究所和船舶技術研究所重點研究機械基礎件的診斷技術。東京大學、東京工業大學、京都大學等高等院校著重基礎性理論研究。其他民辦企業如三菱重工、川崎重工、日立制作所、東芝電器等以企業內部的工作為中心著重研究應用水平較高的實用題目。
歐洲著名的國際測量學會(IMEKO）的第10專業委員會（TC-10 )，也就是技術診斷學委員會，每隔1年或2年召開一次國際學術會議，我國代表從它的第三屆國際會議開始參加，到1987年的第五屆己連續參加了三屆，第四屆上有四篇論文，在第五屆上有7篇論文。
我國國家經貿委中國設備管理協會結合我國國情，在1983年提出了《國營工業交通設備管理試行條例》，這個條例有力地推動了我國設備故障診斷技術的開發和研究。
當前我國的一些民用工業，尤其是冶金、石化和電力等流程工業，在開發和應用設備診斷技術方面走在了前面，因為這些工業的關鍵設備一旦發生事故就會造成很大損失。原冶金工業部首先在東北大學和北京科技大學培養了從事故障診斷的研究生，己有一批碩士生和博士生畢業，其次以北京冶金設備研究所為基地建立設備診斷研究室，并開展了測試、培訓和咨詢工作。1983 年確定寶山鋼鐵集團公司和太原鋼鐵公司為開展診斷技術的試點單位，建立了振動、紅外和鐵譜三個實驗室。在振動監測方面對燒結和高爐的風機、制氧站的空壓機進行了測試和分析，研制了ZJCY85 型風機軸承在線監測系統；在紅外和熱像方面對電氣設備進行簡易診斷，對爐殼爐襯腐蝕的診斷。都取得了好的效果；在鐵譜技術方面對175t脫錠吊車的油泵油液進行鐵譜分析，為液壓泵、隨動閥等部件的磨損找出了預防措施。東北大學與唐山鋼鐵集團公司合作研制了650mm 軋機軋制力矩在線監測系統產650mm軋機工作狀態監測系統，又與本鋼合作研制了1150mm萬能板坯軋機工作狀態監測系統，開發出軋鋼機工作狀態監測系統列人國家“八五”重點科研成果推廣計劃；東北大學研制的風機工作狀態監測系統列人1995年國家重點科技成果推廣計劃。
石化總公司從20世紀70年代組織無損檢測到80年代開展設備狀態監測，已投資600多萬元為其所屬企業裝備了各類監測儀表1400多臺套，加強了對旋轉機械的振動監測及故障原因分析。采用輕便高效的探傷儀、測厚儀、內窺鏡及聲發射技術，加強了對壓力容器的檢測，同時開展熱監測工作，利用紅外熱像儀測定廠內散熱損失，合理選用隔熱材料達到了節能的效果。
水電行業以大機組為重點開展了機械設備故障診斷的研究，應用紅外熱像技術進行設備診斷對安全運行起到了良好作用，制成了比國外漏水繼電器性能優越的雙水內冷發電機漏水報警系統。研制出用于變壓器故障診斷的氣相色譜儀，利用聲發射技術測定鍋爐爐管和汽包焊縫。
此外，機械行業在現場簡易診斷和精密診斷方面，航空工業在研制診斷儀器方面，核工業在進行反應堆故障診斷和壽命預測方面，鐵道部門在進行內燃機車油液的光譜、鐵譜分析和電力機車診斷方面，以及交通部門在實施汽車不解體檢測等方面都是卓有成效的。
1986年6月4日-7日在沈陽東北工學院（現東北大學）召開了國內第一次機械設備診斷技術國際會議，中外學者和專家340多人參加了會議，會上交流了117篇論文。這次會議在加強國際學術交流和促進我國診斷技術的發展上起了積極作用，會議促成了東北地區機械設備診斷技術研究會在1986年9月正式成立，推動了各大型企業診斷技術的進展，鞍山鋼鐵公司和本溪鋼鐵公司成立了專門從事機械設備診斷和現代化管理的科室，積極購置先進的儀器設備并開展技術診斷的研究工作。1987年11月召開了東北地區機械設備診斷技術研究會第一屆年會，交流了東北地區一年來在技術診斷研究、開發和應用上的成果和經驗，到2000年已召開了三次國際會議和四次地區會議。
1987年5月中國振動工程學會故障診斷學會成立，至今己召開了六次全國會議，其特點是從理論和方法的角度來發展故障診斷技術。
國家經貿委中國設備管理協會已在全國各省成立了在省經貿委領導下的各省設備管理協會，推動設備管理的改革和現代化，中國設備管理協會設備診斷工程委員會，召開了三次全國會議，其特點是從管理的角度來發展故障診斷技術。一中國機械工程學會成立了失效分析工作委員會，建立了全國性的專家庫和失效分析網，協調全國的失效分析和故障預防研究工作。中國機械工程學會設備維修分會設備診斷技術委員會已召開了人次全國會議，其特點是從工程應用的角度來發呢故障診斷技術。
國內一些重點大學像西安交通大學、東北大學等相繼建立了故障診斷工程中心，目前不少高等院校都在培養故障診斷方面的碩士和博士研究生，這些學校有西安交通大學、上海交通大學、東北大學、北京科技大學、南京航空學院、哈爾演工業大學、重慶大學等等。
2）齒輪箱的故障診斷方法與研究現狀
齒輪箱是一種量大面廣而且應用最為普遍的基礎性部件，廣泛存在于機械、冶金、石油、建筑、水力及水泥、交通等工業領域的各種設備之中，應用范圍非常廣，但也是在設備維護保養中拆卸較為復雜，誤工誤時較多較復雜的部件之一。
按檢測手段來分齒輪箱故障診斷方法有以下幾種：
a.振動檢測診斷法
以機器振動作為信息源，在機器運行過程中，通過振動參數的變比特征判別機器的運行狀態。
b.噪聲檢測診斷法
以機器運行中的噪聲作為信息源，在機器運行過程中，通過噪聲參數的變化壽征判別機器的運行狀態。此法的本質與振動檢測診斷法是一致的，因為噪聲主要是由振動產生的。此法雖簡便，但易受環境噪聲影響，不如振動檢測診斷法準確。
c.溫度檢測診斷法
以可觀測的機械零件的溫度作為信息源，在機器運行過程中，通過溫度參數的變化特征判別機器的運行狀態。
d.聲發射檢測診斷法
金屬零件在磨損、變形、破裂過程中產生彈性波，以此彈性波為信息源，在機器運行過程中，分析彈性波的頻率變化特征判別機器的運行狀態。
e.潤滑油中金屬含量分析診斷法
在齒輪箱機器運行過程中，以潤滑油中金屬含量的變化，判別齒輪箱的運行狀態。
f.光纖內窺技術
主要利用特別的光纖內窺鏡直接觀察到零件表面磨損與腐蝕情況。這一技術由于需一套成像系統，操作復雜，且對油污的限制較多，故較少采用。按診斷方法原理分有以下幾種:
a.頻域診斷法
一應用頻譜分析技術，根據頻譜特征變化，判別機器的運行狀態及故障形成原因。
b.時域分析法
應用時間序列模型及其有關的特性函數，判別機器的工況狀態的變化。
c.統計分析法
應用概率統計模型及其有關的特性函數，實現工況狀態監視與故障診斷。
d.信息理論分析法
應用信息理論建立的某些特性函數，如庫爾伯克（Kullback）信息數，J散度等在機器運行過程中的變化，進行工況狀態分析與故障診斷。
e.模式識別法
利用檢測信號，提取對工況狀態反應敏感的特征量構成模式矢量，設計合適的分類器，判別工況狀態，它是人工智能的技術之一。
f.其他人工智能方法
如人工神經網絡、專家系統等，這些都是新發展的新領域。
根據收集到的資料，對齒輪故障各種診斷方法歸類分析，并對各種方法診斷效果的優劣進行了比較，情況見表1.1
表1.1 齒輪故障診斷方法分類
|
方法 |
類型 |
研究現狀 |
優缺點 |
|
振
動
與
噪
聲
分
析
法 |
譜
分
析 |
功率譜
分析 |
研究應用者
很多，理論比
較成熟 |
1）對大面積磨損點蝕等均布故障分析效果好；
2）有專門的儀器可利用，分析速度快；
3）對局部故障不敏感，難以定量化分析；
4）丟失相位信息 |
|
細化譜
分析 |
主要用于輔
助分析 |
提高頻率分辨率，對識別齒輪邊頻結構有好處，常
做為功率譜分析的輔助手段 |
|
相干譜
分析 |
研究應用者
不多 |
1）有文獻報道用于均布磨損等故障分析中；
2）故障特性不明顯，難以識別，試驗結果亦不統一 |
|
倒譜
分析 |
研究應用者
較多， |
1）對于識別齒輪邊頻結構很有效；
2）對傳遞路徑不敏感，有文獻報道曾用倒譜分析做定量診斷；
3）需專門儀器，信噪比不高時影響使用效果 |
|
雙譜
分析
|
剛剛開始引
人齒輪故障
診斷領域，
方法不成熟
|
1）初步用于診斷磨損點蝕等故障；
2）信噪比高，信息全，包含相位信息；
3 ）識別非線性調制信號能力強；
4）計算量很大，難以實現，一般采用近似算法；
5）譜圖為三維圖，不直觀，難以定量化；
6 ）不易用于實時監測 |
|
簡
單
時
域
分
析
|
低頻時
域平均
分析 |
做為輔助分
析手段應用
趨于普遍
|
1）一般難以直接從波形上識別幫障在低頻域極特殊
情況下可做為一簡易診斷方法；
2）普遍用于數據預處理，去掉非周期成分，提高信
噪比 |
|
時域波
形的參
數分析 |
最早使用的
診斷方法，
現在用的不
多 |
1）各種各樣的參數很多，如波峰系數、峭度系數等；
2）常做為簡易診斷手段，方法粗糙；
3）定量化好，易于計算機識別及控制，計算量小，
最好與其他方法配合使用 |
|
時
域
解
調
分
析 |
調幅
分析 |
研究者不多，
主要采用希
爾伯特變換做
包絡分析 |
1）與故障點有對應性，對局部嚴重故障識別有利；
2）要與時域平均等技術結合，否則包絡波形變化
大難以識別 |
|
相位解
調分析 |
研究應用者
不多，有前途 |
1）有文獻報道用此法識別出了齒根裂紋；
2）分析方法也是基于希爾伯特變換；
3）用于相位信息，與信號強弱無關
|
|
頻率解
調分析 |
剛開始應用
研究，大有
發展前景 |
1）利用了信號的相位信號分析頻率解悶，抗干擾性
好3
2）這種方法故障信息明顯，具有可逆性與故障點有
對應性，是一一種較有發展前途的好方法 |
|
時
序
分
析
法 |
時間序列
的參數分
析，AR譜
及最大熵
譜分析 |
是較新方法，
但不很成熟，
研究者較多 |
1）適用于嚴重磨損等故障，譜線清晰準確；
2）所需數據且小，易于計算機控制和計算；
3）采用一些參數分析，便于定量診斷；
4）對齒輪邊頻成分的識別無能為力，是其致命缺點 |
|
其
他
分
析
法 |
鐵譜分
析，聲發
射技術，
溫度及能
耗監測 |
研究者較多 |
1）油液分析對磨損、剝落等故障有效；
2）溫度及能耗監測分析，方法粗糙，對振動量大的
磨損等嚴重故障有效；
3）聲發射技術識中輥裂紋等故障較有效，但還沒大量
進人工業應用 |
丁康等利用振動理論和試驗研究分析了齒輪箱中齒形誤差、齒輪均勻磨損、箱體共振、軸輕度彎曲、斷齒、軸不平衡、軸嚴重彎曲、軸向竄動、軸承疲勞剝落和點蝕九種典型故障的振動特征。
丁康認為為了綜合利用典型故障的特征，必須采用對加速度和速度進行兩時域（原始時域信號和包絡時域信號）特征值分析和三頻域（頻譜、細化譜、解調譜）分析的方法。由于振動信號的時域均方值反映了平均振動能量，時域峰值、峭度和峰值指標在一定程度上反映出振動信號是否含有沖擊成分，而包絡時域均方值可直接反映出振動信號包絡大小，峰值、峭度和峰值指標則可直接反映出振動沖擊信號的尖銳程度，所以在時域一般選用這四個特征值作為診斷參量。在齒輪箱故障診斷中頻譜主要用于分析振動加速度信號中齒輪嚙合頻率和軸承內、外環固有頻率等中高頻成分；細化譜主要用于分析振動速度信號中各軸轉頻和軸承各組件通過頻率等低頻成分；解調譜主要用于分析振動加速度信號中各軸轉頻和軸承各組件通過頻率等低頻成分。齒輪箱因結構的復雜性，其振動的頻率成分很多，故一定要在建立檔案的基礎上來判斷是否存在故障，并在此基礎上進行故障診斷。
王新晴對齒輪箱故障進行了分類統計，指出了齒輪箱失效的定界原則，對齒輪箱故障特征的提取與自動化診斷方面提出了一套新的技術方法。
于德介，程軍圣將EMD (Empirical Mode Dicomposition）方法應用于機械故障診斷中，提出了一個新的齒輪故障診斷方法。EMD方法基于信號的局部特征時間尺度，能把復雜的信號分解為有限的內在模態函數（Intrinsic Mode Function）之和，這種自適應的分解方法非常適于非線性和非平穩過程的分析。用該方法對齒輪故障振動信號進行了分析，結果表明該方法能夠有效地降低噪聲，提高信噪比，突出齒輪故障振動信號的故障特征，從而提高齒輪故障診斷的準確性。
從目前統計資料來看，還沒有雙環減速器故障診斷方面的研究資料。
1.3 本文所作的主要工作
綜合上述文獻綜述，在齒輪傳動系統中，一般齒輪傳動、行星傳動的研究遠遠多于雙環板式少齒差傳動，特別是對于雙環減速器的故障診斷方面的研究目前還沒有研究資料。本文以一種新型的雙環減速器為研究對象，對雙環減速器的設計、運動分析及故障診斷方法進行了研究。以便對雙環減速器存在的問題（如動力不平衡、振動大、發熱、噪聲大等），找出解決問題的有較方法或提出有效的理論根據。本文的研究內容主要包括以下工作：
（1）在闡述雙環減速器工作原理的基礎上，分析原有的單環、雙環、三環及四環減速器（專利號：ZL89213292.2、ZL91230087.6、CN85106692.5、ZL93239404.3 )的結構特點及運動特性，針對它們的不足，設計、研制一種新型的雙環減速器，并制造實驗樣機，申請并獲得國家實用新型專利（專利號：ZL 01 2 06843.8）。
（2）考慮部分制造誤差及安裝的影響，對環板內齒的嚙合傳動，分析各種誤差對其運動的影響，建立考慮誤差的環板內齒接觸有限元模型，針對不同的工況，進行有限元接觸分析計算，討論各種誤差及載荷的變化對齒輪接觸齒對及載荷分配情況的影響，分析因載荷不均造成減速器振動的影響因素。
（3）建立雙環減速器主要零部件及減速器系統的有限元模型，對齒輪系統主要零件及減速器系統進行理論模態分析，計算雙環減速器主要零部件及減速器系統的前十階模態及振型，為進行振動故障分析提供數據。
（4）進行故障智能診斷系統的整體集成，獨立開發智能診斷推理機平臺與數據采集系統之間的接口程序（動態數據連接庫DLL)，完成故障特征信號的提取與轉換，實現故障信號的網絡遠程傳送。建立網絡化、智能化旋轉機械故障診斷系統。
（5）分析雙環減速器的振動特性，討論雙環減速器產生故障的主要原因及故障主要類型，分析雙環減速器的故障特征、故障模式，用圖形化的故障智能診斷平臺，建立雙環減速器的故障診斷專家知識庫。
（6）對實驗樣機進行不同工況下的結構噪聲和空氣噪聲動態測試，同時進行該實驗樣機的故障振動測試，采集減速器的振動信號，并對故障信號進行分析。用“網絡化、智能化大型旋轉機械在線診斷系統”對樣機進行偏心軸彎曲及環板齒形誤差故障的在線診斷測試，驗證雙環減速器故障推理專家知識的正確性。
本文在以下幾個方面取得了創新性成果：
1）設計、研制了新型結構的雙環減速器，該新結構形式獲國家實用新型專利（專利號為：ZL01 2 47113.5)；
2）在進行故障智能診斷系統的整體集成的基礎上，獨立開發了智能診斷推理機與數據引擎之間的接口程序（動態數據連接庫DLL)，完成了故障特征信號的提取與轉換，實現了故障信號的網絡遠程傳送。建立了網絡化、智能化旋轉機械故障診斷系統；
3）首次在分析一般減速器故障特征的基礎上，分析了雙環減速器的故障特點及故障特征形式，進行了雙環減速器結構噪聲和空氣噪聲測試分析；
4）首次用圖形化的故障智能診斷平臺，進行了雙環減速器網絡化、智能化在線故障診斷。
