DOI: 10.25666/dataubfc-2023-03-06
title: LASPI: Detection and diagnostics of gearbox faults
title: LASPI: Détection et diagnostic des défauts de boîte de vitesses

description: Dataset of current, voltage, and vibration measurements of an electromechanical driving system. The system is a three-phase asynchronous motor that drives a gearbox. The gearbox is composed of bearings and gears that are susceptible to fail. Seven experiments corresponding to different states of each component are performed. Each health state is performed under different operating conditions.
description: Jeu de données des mesures de courant, de tension et de vibration d'un système d'entraînement électromécanique. Le système est un moteur asynchrone triphasé qui entraîne une boîte de vitesses. La boîte de vitesses est composée de roulements et d'engrenages qui sont susceptibles de tomber en panne. Sept expériences correspondant à différents états de chaque composant sont réalisées. Chaque état de santé est réalisé dans des conditions de fonctionnement différentes.
description: Audience: University: master, Research, Informal Education
description: UpdatePeriodicity: no update
description: AdditionnalInformation: The platform is located at Signal and Industrial Process Analysis Laboratory, Roanne, France.
description: AdditionnalInformation: La plateforme est située au Laboratoire d'analyse des signaux et des processus industriels, Roanne, France.
description: Experimental data: The LASPI test bench is used for monitoring bearing and gear faults of a gearbox. It is composed of a three-phase inverter to supply and control a three-phase induction motor of 1.5 kW. This latter motor drives a gearbox on which the components of the study are positioned. Also, there is an electromagnetic brake connected to the gearbox. This latter component is used to simulate a load on the motor. 

In detail, the gearbox has three shafts, the input shaft, the intermediate shaft, where the studied components are placed, and the output shaft. The input shaft, which is directly connected to the rotating shaft of the motor, has one gear and two bearings installed on each side of the gearbox. The gear is installed at the brake side and contains 29 teeth. The two bearings contain 9 rolling balls with a diameter of 0.3125 inch, a pitch diameter of 1.5157 inch, and a contact angle equal to 0. Besides, the intermediate shaft has two bearings, with the same characteristics as the ones of the input shaft, and two gears. The first gear installed on the motor side has 36 teeth while the gear installed in the brake side has 100 teeth. Finally, the output shaft which is directly connected to the electromagnetic brake has the same bearings as the previous ones and a gear installed on the motor side with 90 teeth.

This test bench is equipped with different sensors and an acquisition system to collect the monitoring data. It has three current and voltage sensors, placed at the output of the inverter that supplies the motor, and an accelerometer placed as near as possible to the studied components of the intermediate shaft. The data acquisition is performed by National Instrument 9234 cards.

All acquisitions are performed in the permanent mode over a period of 10 seconds with a sampling frequency of 25.6 kHz. The data are stored in .csv files with 7 columns. The columns 1 to 3 represent the three-phase current signals with a reduction gain of 100. Column 4 represents the vibration signal with a sensitivity of 100 mV/g. The lats columns, from 5 to 7, represent the voltage signals of the three phases with a reduction gain of 200.

Based on the test bench instrumentation mentioned above, 84 experiments were conducted to monitor separately the bearing and the gear faults, as well as their combination. In detail, 7 health states are studied: healthy states of the bearing and the gear, a gear surface fault, a gear half-tooth breakage fault, a bearing inner ring fault, a bearing outer ring fault, combined faults between the gear surface fault and the bearing inner ring fault, and finally combined faults between the gear half-tooth breakage fault and the bearing outer ring fault. In addition to these health states, each state is tested under three different rotating speeds, 1500 rpm, 2100 rpm, and 2700 rpm, and four load levels, 0%, 25%, 50%, and 75% on each speed and each health state. 

Two .pptx files containing the test bench figure and its scheme can be found in the LASPI dataset repository by clicking on "ACCESS TO DATA" on the home page of the site.
description: Données expérimentales: Le banc d'essai LASPI est utilisé pour contrôler les défauts des roulements et des engrenages d'une boîte de vitesses. Il est composé d'un onduleur triphasé pour alimenter et commander un moteur à induction triphasé de 1,5 kW. Ce dernier moteur entraîne un réducteur sur lequel sont positionnés les composants de l'étude. Un frein électromagnétique est également connecté à la boîte de vitesse. Ce dernier composant est utilisé pour simuler une charge sur le moteur. 

Dans le détail, le réducteur comporte trois arbres, l'arbre d'entrée, l'arbre intermédiaire, sur lequel sont placés les composants étudiés, et l'arbre de sortie. L'arbre d'entrée, qui est directement relié à l'arbre tournant du moteur, comporte un engrenage et deux roulements installés de chaque côté de la boîte de vitesses. L'engrenage est installé du côté du frein et contient 29 dents. Les deux roulements contiennent 9 billes à roulement d'un diamètre de 0,3125 pouce, d'un diamètre primitif de 1,5157 pouce et d'un angle de contact égal à 0. Par ailleurs, l'arbre intermédiaire possède deux roulements, avec les mêmes caractéristiques que ceux de l'arbre d'entrée, et deux engrenages. Le premier engrenage installé du côté du moteur a 36 dents tandis que l'engrenage installé du côté du frein a 100 dents. Enfin, l'arbre de sortie qui est directement relié au frein électromagnétique possède les mêmes roulements que les précédents et un engrenage installé du côté du moteur avec 90 dents.

Ce banc d'essai est équipé de différents capteurs et d'un système d'acquisition pour collecter les données de contrôle. Il comporte trois capteurs de courant et de tension, placés à la sortie de l'onduleur qui alimente le moteur, et un accéléromètre placé au plus près des composants étudiés de l'arbre intermédiaire. L'acquisition des données est réalisée par des cartes National Instrument 9234.

Toutes les acquisitions sont réalisées en mode permanent sur une période de 10 secondes avec une fréquence d'échantillonnage de 25,6 kHz. Les données sont stockées dans des fichiers .csv à 7 colonnes. Les colonnes 1 à 3 représentent les signaux de courant triphasé avec un gain de réduction de 100. La colonne 4 représente le signal de vibration avec une sensibilité de 100 mV/g. Les dernières colonnes, de 5 à 7, représentent les signaux de tension des trois phases avec un gain de réduction de 200.

Sur la base de l'instrumentation du banc d'essai mentionnée ci-dessus, 84 expériences ont été menées pour surveiller séparément les défauts du roulement et de l'engrenage, ainsi que leur combinaison. En détail, 7 états de santé sont étudiés : états sains du roulement et de l'engrenage, un défaut de surface de l'engrenage, un défaut de rupture d'une demi-dent, un défaut de la bague intérieure du roulement, un défaut de la bague extérieure du roulement, des défauts combinés entre le défaut de surface de l'engrenage et le défaut de la bague intérieure du roulement, et enfin des défauts combinés entre le défaut de rupture d'une demi-dent et le défaut de la bague extérieure du roulement. En plus de ces états de santé, chaque état est testé sous trois vitesses de rotation différentes, 1500 rpm, 2100 rpm, et 2700 rpm, et quatre niveaux de charge, 0%, 25%, 50%, et 75% sur chaque vitesse et chaque état de santé. 

Deux fichiers .pptx contenant la figure du banc d'essai et son schéma peuvent être trouvés dans le dépôt de données LASPI en cliquant sur "ACCÈS AUX DONNÉES" sur la page d'accueil du site.