倒频谱分析法及其在齿轮箱故障诊断中的应用
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
齿轮振动的频谱图包含丰富的信息, 不同的振动特 点,其相应的谱线会发生特定的变化,因而对齿轮各种工 作状态的频谱进行分析,从中可确定其故障
在实际齿轮箱的振动信号中,由于多个齿轮产生了多 种转速频率和啮合频率, 而且常常受到多个调制源的联 合作用,形成了非对称的边带结构,功率谱中间包含了很 多大小和变化周期都不相同的频率结构, 很难简单地依 靠傅立叶变换或者细化谱技术把混杂的周期分量分辨出 来 而利用倒谱分析则可把边带信号分离出来,使在功率 谱中难以分辨的周期分量在倒谱图中变为离散的线谱, 其高度反映了原功率谱中的周期分量的大小, 极易识别 其变化和特点 因此,倒频谱分析方法是齿轮故障诊断的 一种有效方法 " 倒频谱分析法的定义
3 在功率谱密度图上9边频间距的分辨力受分析带 宽的限制9分析带宽越宽9分辨力越差9甚至使某些边频 信号不易分辨0 若为了提高分辨力而采用局部选带放大 技术9又将丢失某些边带信号0 而频倒谱变换能在整个功 率谱范围内求取边频带的平均间距9 因而既不会漏掉边 频信号9又能给出非常精确的间距结果0 $ 倒频谱分析在齿轮箱齿轮故障诊断中应用实例 5.1 例 1 !3"
图 ! 实验机原理图 1.带传动 2.电动机及齿轮减速器 3.转杯 4.下试件
5.上试件 6.夹头 7.砝码 8.杠杆 9.压力传感器
材料的摩擦学性能测试, 这是球盘式摩擦磨损实验机的
实验机主要技术指标:
最大特点O 实践证明该实验机为摩擦学实验提供了一个
下试件转速:18~300 1/miI
功能强,性价比高的实验设备O
球盘式摩擦磨损实验机的研制
梁 风! 张 锋! 宋宝玉 （哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘 要:介绍了球盘式摩擦磨损实验机的设计思想、工作原理、结构特点。 该实验机可用于摩擦学中不同材料的摩擦性
能测试，是工科院校较为理想的实验设备。
关键词:摩擦磨损; 摩擦学; 实验装置
中 图 分 类 号 :TH117.1
对某型坦克齿轮传动箱做振动试验9 技术参数如下: 主动 轴 转 速 !!1500 r/min9轴 频 的 "1!25 Hz9#1=30;中 间 轴轴频 "2!19.7Hz9#2=389啮合频率 fc="1X#1="2X#2!750 Hz0
其振动频谱如图 10
图 # 振动信号的倒频谱 此分析9故障主要发生在主动齿轮上9故障性质有两种可 能 :" 齿 轮 加 工 分 度 误 差 大 ;# 载 荷 波 动 9而 引 起 齿 面 剥 落. 针对幅值谱在 750 Hz 附近出现尖峰9在其附近进行细化 谱分 析 9得 到:一 族 调 制 边 带为 755125 Hz 的 峰 值 比 较 突 出9由此可验证主动齿轮是主要的调制源0 5.2 例 2
图 " 齿轮运行时倒频谱图
!结论 本文详细介绍了倒频谱分析的定义及其分析应用特
点9并针对齿轮传动箱振动特点9重点介绍了倒频谱分析 在齿轮传动箱故障诊断中的应用9实践证明9倒频谱在齿 轮传动箱故障诊断中可将主要的信息功率谱从复杂的边
机械工程师 !""# 年第 ! 期 !"
研 究 探 讨 Research & Discussion
关于倒频谱的定义有以下几种 ! 最早的定义是 功率谱密度的对数的功率谱密
度 "1# 即
C(!)=\F{igGxx( f )}\2
式子中 ! 为倒频谱的时间变量 称为倒频率 F{}表示对括
弧 中 的 函 数 进 行 傅 氏 变 换 Gxx f =\F{x(t)}\2 为 时 域 信 号 x
(t)的自功率谱密度 C(!)现在称为倒功率谱 " 功率谱密度对数的傅氏反变换 CP(!)=F-1{igGxx( f )} 该定义式表明倒谱变换是一种频-时变换 3 幅值倒频谱
北京装甲兵工程学院研究生二队北京100072在齿轮箱的故障诊断中关键是对齿轮的状态检测和故障诊断齿轮箱工作时所产生的振动信号含有齿轮加工安装运行及损伤状态等信息所以齿轮故障的诊断关键是如何把各种有用的故障信息分离出来根据齿轮振动机理及相关的频谱分析方法来进行振动信号处理和特征提取从而确定故障及其可能原因这是目前齿轮故障诊断中的一种比较有效的方法而倒频谱分析在该方面有其独特的优势并在实际的诊断过程中得到了广泛的应用齿轮箱故障振动特点分析齿轮振动的频谱图包含丰富的信息不同的振动特点其相应的谱线会发生特定的变化因而对齿轮各种工作状态的频谱进行分析从中可确定其故障在实际齿轮箱的振动信号中由于多个齿轮产生了多种转速频率和啮合频率而且常常受到多个调制源的联合作用形成了非对称的边带结构功率谱中间包含了很多大小和变化周期都不相同的频率结构很难简单地依靠傅立叶变换或者细化谱技术把混杂的周期分量分辨出而利用倒谱分析则可把边带信号分离出来使在功率谱中难以分辨的周期分量在倒谱图中变为离散的线谱其高度反映了原功率谱中的周期分量的大小极易识别其变化和特点因此倒频谱分析方法是齿轮故障诊断的一种有效方法倒频谱分析法的定义倒频谱是近代信号处理技术中的一项新技术可以分析复杂频谱图上的周期结构分离和提取在密集调频信号中的周期成分对于具有同族谐频异族谐频和多成分边频等复杂信号的分析甚为有效倒频谱变换是频域信号的傅立叶积分变换的再变换时域信号经过傅立叶积分变换可转换为频率函数或功率谱密度函数如果频谱图上呈现出复杂的周期结构而难以分辨时对功率谱密度取对数再进行一次傅立叶积分变换可以使周期结构呈便于识别的谱线形式第二次傅立叶变换的平方就是倒功率谱即对数功率谱的功率谱倒功率谱的开方即称幅值倒频谱简称倒频谱倒谱变换是一种在语音和图像处理中广泛应用的非线性信号处理技术它是在1963tukey提出的它是同态系统理论的基础专门处理通过卷积组合在一起的信号倒谱变换技术还在地震信号和声纳信号的处理领域得到了成功的应用倒谱变换主要有两种分析方法复倒谱分析和实倒谱分析复倒谱分析保留了信号的全部信息能够对信号的回声进行检测实倒谱分析则在变换过程中保留了信号的频谱幅度信息摒弃了相位信息所以不能够对信号进行重建但是可以利用它来进行重建一个最小相位信号关于倒频谱的定义有以下几种最早的定义是功率谱密度的对数的功率谱密c
2 倒频谱是频谱的频谱9它能分析出复杂频谱图上 的周期结构9分离和提取频谱中的周期成分0 在变换过程 中9 倒频谱是对数谱图上周期性频率结构成分的能量做 了又一次集中9 在功率的对数转换时给低幅值分量有较 高的加权9而对高幅值分量以较低的加权9结果使小周期 信号在倒频谱图中得到了突出9 从而使边频现象在倒频 谱中得到全面的反映0 针对某一边带间隔相等的边频族9 在倒谱中将集中为某一倒频分量9 其高度为频谱中所有 该组边频分量高度的平均9其倒频值 ! 为边带间距的倒数0
3 牛立勇,关惠玲.细化和倒谱分析在坦克齿轮箱故障诊断中的
显区分开,可较好地研究啮合频率及边频特征,具有实际 应用价值O
应用 J .郑州大学学报(工学版>, 2003,24(3>:95-97. (编辑 昊 天>
参考文献 1 李德葆,张元润.振动测量与试验分析 M .北京:机械工业出版
社 ,1991. 2 刘维平,安钢.装甲车辆测试与试验学 M .北京:装甲兵工程学
通常使用的信号序列的实倒谱分析 有时也简称为 倒谱 与复倒谱相对照 它定义为信号序列傅立叶变换幅 值的对数的傅立叶反变换 # 倒频谱分析在齿轮箱故障诊断中的优越性
! 倒频谱变换受传输途径的影响很小 一般情况
!" 机械工程师 2005 年第 8 期
Research & Discussion
研究探讨
下9在 机 器 外 部 测 得 的 信 号 x(t)受 传 递 路 径的 影 响 9其 功 率谱密度由下式给出
机械部分首先应满足摩擦学实验和实验教学的基本要
求, 其次易于学生不同配副材料的更换和不同参数的调
节O 在此基础之上还要求实验机运转平稳~机械震动小,
以减小由于机械原因产生的误差O 结合学生实验特点,设
计的摩擦磨损实验机采用球盘式结构, 这种结构的摩擦
磨损实验机体积小~机械传动结构简单~试件装夹方便O 实验所用上试件可利用滚动轴承的标准球体, 这种球体 价格低,可以直接在市场购买;实验所用下试件为圆盘, 它对任何材料都可采用车削加工,加工成本低,便于不同
Байду номын сангаас
文 献 标 识 码 :A
文章编号:l002-2333( 2005> 08-0036-02
!前言
摩擦磨损实验机是用于工科院校' 机械设计"~ 机械
设计基础"课程教学的实验设备O 根据摩擦磨损实验和实
验教学的要求, 教学用摩擦磨损实验机主要用于测试在
不同速度~ 较小载荷条件下各种材料和润滑剂的摩擦性
能,然后进行摩擦磨损机理的研究O 设计摩擦磨损实验机
最大载荷:P=10 N
! 实验机工作原理介绍
摩擦半径:10~30 mm
2.1 实验机
2.2 试 件
实验机机械部分工作原理如图 1 所示O
试件结构及尺寸如图 2 所示O 上试件为球体,可直接
电动机 2 通过减速器减速后,经带传动 1 驱动转杯 3 选用不同材料的标准轴承球O 下试件为圆盘,可选用不同
回转,下试件 4 安装在转杯 3 中并随转杯一起回转,上试 材料经车削加工而成O
数据采集测量系统获得O 工作时,可在下试件表面上滴润
P=W
( 1>
滑油( 边界润滑> ,也可不加润滑油( 干摩擦> O
作用在上试件 5 上的摩擦力 F 与作用在传感器 9 上的力
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
频中识别出来, 同时倒频谱能将边频谱中的周期成分明
Ca(!)=\F{igGxx ( f )}\
该定义即现在通常所说的实倒频谱 有时也简称倒 谱
4 复数倒频谱 CG(!)=F-1{ig X ( f )}
此处 X( f )=F{X(t)}=ax( f )+jbx ( f )=Ax( f ) !j !x( f ) 若取自然对数 则
inX( f )=inAx( f )+i"x( f ) 由此可见 复倒谱变换保留了相位信息
倒频谱是近代信号处理技术中的一项新技术 可以 分析复杂频谱图上的周期结构 分离和提取在密集调频 信号中的周期成分 对于具有同族谐频 异族谐频和多成 分边频等复杂信号的分析甚为有效 倒频谱变换是频域 信号的傅立叶积分变换的再变换 时域信号经过傅立叶 积分变换可转换为频率函数或功率谱密度函数 如果频 谱图上呈现出复杂的周期结构而难以分辨时 对功率谱 密度取对数再进行一次傅立叶积分变换 可以使周期结 构呈便于识别的谱线形式 第二次傅立叶变换的平方就 是倒功率谱 即 对数功率谱的功率谱 倒功率谱的开方 即称幅值倒频谱 简称倒频谱
图 ! 齿轮运行时功率谱
图 % 振动信号的幅值谱
从图中可以看出9在 755 Hz 附近有尖峰出现0 对采集数据作倒谱分析9倒频谱如图 20 由图 2 可见9在 T=40 ms 处有一峰值出现9其对应频 率为
! f =1/T=1000/40=25 Hz 而主 动 轴 转 频 f 2=1500/60=25 Hz9由 此 可 以 推 断 9齿 轮 箱 中间轴振动谱的边带主要是由主动轴转频调制而成0 由
关键词 倒频谱； 故障诊断； 齿轮传动箱
中图分类号 TB534
文献标识码 A
文章编号 1002-2333 2005 08-0034-03
!引言 在齿轮箱的故障诊断中 关键是对齿轮的状态检测
和故障诊断 齿轮箱工作时所产生的振动信号含有齿轮 加工 安装 运行及损伤状态等信息 所以齿轮故障的诊 断,关键是如何把各种有用的故障信息分离出来 根据齿 轮振动机理及相关的频谱分析方法来进行振动信号处理 和特征提取,从而确定故障及其可能原因 这是目前齿轮 故障诊断中的一种比较有效的方法 而倒频谱分析在该 方面有其独特的优势 并在实际的诊断过程中得到了广泛 的应用 ! 齿轮箱故障振动特点分析
Gxx ( f )= Gff ( f ) hxf ( f ) 2 其中 Gff ( f )为振源的自功率谱9Hxf ( f )为振源与测点之 间 的传递函数0 对上式去对数后有
lgGxx( f )= lgGff ( f )+2lg Hxf ( f ) 对上式作傅立叶变化得
F-1 lgGxx( f )}=F lgGff ( f )}+F 2lg Hxf ( f ) } 由以上分析可见9 振源和传递途径的影响表现为倒频谱 的相加0 由于振源与传递途径的倒频谱相互差别很大9它 们在倒谱中是分开的9很容易区分出来0 这一结果也表明 用倒频谱来诊断故障信号时9 测量位置的选择要求不是 很严格0
件 5 装在夹头 6 中O 载荷 P 由砝码 7 的重力 W 产生,杠 2.3 摩擦系数测试原理
杆 8 在摩擦力 F 作用下摆动, 杠杆的另一端压在压力传
如图 1 所示, 实验机作用在试件上的载荷 P 由砝码
感器 9 上, 压在压力传感器上的力 G 可由实验机配套的 重力 W 产生,P 与 W 的关系为:
研 究 探 讨 Research & Discussion
倒频谱分析法及其在齿轮箱故障诊断中的应用
张 金! 张耀辉! 黄漫国 （北京装甲兵工程学院 研究生二队，北京 100072）
摘 要 分析了齿轮传动箱振动特点，介绍了倒频谱分析的定义、诊断特点及该方法在齿轮传动箱故障诊断中的独到忧
点，并且举出了倒频谱分析方法在齿轮及齿轮传动箱故障诊断中的应用实例。
倒谱变换是一种在语音和图像处理中广泛应用的非 线 性 信 号 处 理 技 术 它 是 在 1963 年 被 Bogert ~eaiy 和 Tukey 提出的 它是同态系统理论的基础 专门处理通过 卷积组合在一起的信号 倒谱变换技术还在地震信号和 声纳信号的处理领域得到了成功的应用
倒谱变换主要有两种分析方法 复倒谱分析和实倒 谱分析 复倒谱分析保留了信号的全部信息 能够对信号 的回声进行检测 实倒谱分析则在变换过程中保留了信 号的频谱幅度信息 摒弃了相位信息 所以不能够对信号 进行重建 但是可以利用它来进行重建一个最小相位信号
院 ,1996.
!!!!!!!!!! 作者简介:张金(1980->,在读研究生,研究方向为齿轮传 动箱 状态 检
如图 3 为一有缺陷的齿轮在运行时测得的功率谱9 它含有大量的边频带频谱分量0 通过功率谱我们只能大 致估计其边频间距约为 10 Hz9很难分辨确定出各种周期 成分0 但是通过做该齿轮的倒频谱如图 4 所示9我们能够 精确的找到其倒频率 !=9.95 ms9对应频率为 1/!=10.4 Hz0 这就很方便的找出了复杂频谱上的周期成分0 另外9从齿 轮倒频谱图中我们还可以找到频率为 28.1 ms 的谱线9其 对应的频率为 35.6 Hz9这个频率是齿轮轴的旋转频率0
在实际齿轮箱的振动信号中,由于多个齿轮产生了多 种转速频率和啮合频率, 而且常常受到多个调制源的联 合作用,形成了非对称的边带结构,功率谱中间包含了很 多大小和变化周期都不相同的频率结构, 很难简单地依 靠傅立叶变换或者细化谱技术把混杂的周期分量分辨出 来 而利用倒谱分析则可把边带信号分离出来,使在功率 谱中难以分辨的周期分量在倒谱图中变为离散的线谱, 其高度反映了原功率谱中的周期分量的大小, 极易识别 其变化和特点 因此,倒频谱分析方法是齿轮故障诊断的 一种有效方法 " 倒频谱分析法的定义
3 在功率谱密度图上9边频间距的分辨力受分析带 宽的限制9分析带宽越宽9分辨力越差9甚至使某些边频 信号不易分辨0 若为了提高分辨力而采用局部选带放大 技术9又将丢失某些边带信号0 而频倒谱变换能在整个功 率谱范围内求取边频带的平均间距9 因而既不会漏掉边 频信号9又能给出非常精确的间距结果0 $ 倒频谱分析在齿轮箱齿轮故障诊断中应用实例 5.1 例 1 !3"
图 ! 实验机原理图 1.带传动 2.电动机及齿轮减速器 3.转杯 4.下试件
5.上试件 6.夹头 7.砝码 8.杠杆 9.压力传感器
材料的摩擦学性能测试, 这是球盘式摩擦磨损实验机的
实验机主要技术指标:
最大特点O 实践证明该实验机为摩擦学实验提供了一个
下试件转速:18~300 1/miI
功能强,性价比高的实验设备O
球盘式摩擦磨损实验机的研制
梁 风! 张 锋! 宋宝玉 （哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘 要:介绍了球盘式摩擦磨损实验机的设计思想、工作原理、结构特点。 该实验机可用于摩擦学中不同材料的摩擦性
能测试，是工科院校较为理想的实验设备。
关键词:摩擦磨损; 摩擦学; 实验装置
中 图 分 类 号 :TH117.1
对某型坦克齿轮传动箱做振动试验9 技术参数如下: 主动 轴 转 速 !!1500 r/min9轴 频 的 "1!25 Hz9#1=30;中 间 轴轴频 "2!19.7Hz9#2=389啮合频率 fc="1X#1="2X#2!750 Hz0
其振动频谱如图 10
图 # 振动信号的倒频谱 此分析9故障主要发生在主动齿轮上9故障性质有两种可 能 :" 齿 轮 加 工 分 度 误 差 大 ;# 载 荷 波 动 9而 引 起 齿 面 剥 落. 针对幅值谱在 750 Hz 附近出现尖峰9在其附近进行细化 谱分 析 9得 到:一 族 调 制 边 带为 755125 Hz 的 峰 值 比 较 突 出9由此可验证主动齿轮是主要的调制源0 5.2 例 2
图 " 齿轮运行时倒频谱图
!结论 本文详细介绍了倒频谱分析的定义及其分析应用特
点9并针对齿轮传动箱振动特点9重点介绍了倒频谱分析 在齿轮传动箱故障诊断中的应用9实践证明9倒频谱在齿 轮传动箱故障诊断中可将主要的信息功率谱从复杂的边
机械工程师 !""# 年第 ! 期 !"
研 究 探 讨 Research & Discussion
关于倒频谱的定义有以下几种 ! 最早的定义是 功率谱密度的对数的功率谱密
度 "1# 即
C(!)=\F{igGxx( f )}\2
式子中 ! 为倒频谱的时间变量 称为倒频率 F{}表示对括
弧 中 的 函 数 进 行 傅 氏 变 换 Gxx f =\F{x(t)}\2 为 时 域 信 号 x
(t)的自功率谱密度 C(!)现在称为倒功率谱 " 功率谱密度对数的傅氏反变换 CP(!)=F-1{igGxx( f )} 该定义式表明倒谱变换是一种频-时变换 3 幅值倒频谱
北京装甲兵工程学院研究生二队北京100072在齿轮箱的故障诊断中关键是对齿轮的状态检测和故障诊断齿轮箱工作时所产生的振动信号含有齿轮加工安装运行及损伤状态等信息所以齿轮故障的诊断关键是如何把各种有用的故障信息分离出来根据齿轮振动机理及相关的频谱分析方法来进行振动信号处理和特征提取从而确定故障及其可能原因这是目前齿轮故障诊断中的一种比较有效的方法而倒频谱分析在该方面有其独特的优势并在实际的诊断过程中得到了广泛的应用齿轮箱故障振动特点分析齿轮振动的频谱图包含丰富的信息不同的振动特点其相应的谱线会发生特定的变化因而对齿轮各种工作状态的频谱进行分析从中可确定其故障在实际齿轮箱的振动信号中由于多个齿轮产生了多种转速频率和啮合频率而且常常受到多个调制源的联合作用形成了非对称的边带结构功率谱中间包含了很多大小和变化周期都不相同的频率结构很难简单地依靠傅立叶变换或者细化谱技术把混杂的周期分量分辨出而利用倒谱分析则可把边带信号分离出来使在功率谱中难以分辨的周期分量在倒谱图中变为离散的线谱其高度反映了原功率谱中的周期分量的大小极易识别其变化和特点因此倒频谱分析方法是齿轮故障诊断的一种有效方法倒频谱分析法的定义倒频谱是近代信号处理技术中的一项新技术可以分析复杂频谱图上的周期结构分离和提取在密集调频信号中的周期成分对于具有同族谐频异族谐频和多成分边频等复杂信号的分析甚为有效倒频谱变换是频域信号的傅立叶积分变换的再变换时域信号经过傅立叶积分变换可转换为频率函数或功率谱密度函数如果频谱图上呈现出复杂的周期结构而难以分辨时对功率谱密度取对数再进行一次傅立叶积分变换可以使周期结构呈便于识别的谱线形式第二次傅立叶变换的平方就是倒功率谱即对数功率谱的功率谱倒功率谱的开方即称幅值倒频谱简称倒频谱倒谱变换是一种在语音和图像处理中广泛应用的非线性信号处理技术它是在1963tukey提出的它是同态系统理论的基础专门处理通过卷积组合在一起的信号倒谱变换技术还在地震信号和声纳信号的处理领域得到了成功的应用倒谱变换主要有两种分析方法复倒谱分析和实倒谱分析复倒谱分析保留了信号的全部信息能够对信号的回声进行检测实倒谱分析则在变换过程中保留了信号的频谱幅度信息摒弃了相位信息所以不能够对信号进行重建但是可以利用它来进行重建一个最小相位信号关于倒频谱的定义有以下几种最早的定义是功率谱密度的对数的功率谱密c
2 倒频谱是频谱的频谱9它能分析出复杂频谱图上 的周期结构9分离和提取频谱中的周期成分0 在变换过程 中9 倒频谱是对数谱图上周期性频率结构成分的能量做 了又一次集中9 在功率的对数转换时给低幅值分量有较 高的加权9而对高幅值分量以较低的加权9结果使小周期 信号在倒频谱图中得到了突出9 从而使边频现象在倒频 谱中得到全面的反映0 针对某一边带间隔相等的边频族9 在倒谱中将集中为某一倒频分量9 其高度为频谱中所有 该组边频分量高度的平均9其倒频值 ! 为边带间距的倒数0
3 牛立勇,关惠玲.细化和倒谱分析在坦克齿轮箱故障诊断中的
显区分开,可较好地研究啮合频率及边频特征,具有实际 应用价值O
应用 J .郑州大学学报(工学版>, 2003,24(3>:95-97. (编辑 昊 天>
参考文献 1 李德葆,张元润.振动测量与试验分析 M .北京:机械工业出版
社 ,1991. 2 刘维平,安钢.装甲车辆测试与试验学 M .北京:装甲兵工程学
通常使用的信号序列的实倒谱分析 有时也简称为 倒谱 与复倒谱相对照 它定义为信号序列傅立叶变换幅 值的对数的傅立叶反变换 # 倒频谱分析在齿轮箱故障诊断中的优越性
! 倒频谱变换受传输途径的影响很小 一般情况
!" 机械工程师 2005 年第 8 期
Research & Discussion
研究探讨
下9在 机 器 外 部 测 得 的 信 号 x(t)受 传 递 路 径的 影 响 9其 功 率谱密度由下式给出
机械部分首先应满足摩擦学实验和实验教学的基本要
求, 其次易于学生不同配副材料的更换和不同参数的调
节O 在此基础之上还要求实验机运转平稳~机械震动小,
以减小由于机械原因产生的误差O 结合学生实验特点,设
计的摩擦磨损实验机采用球盘式结构, 这种结构的摩擦
磨损实验机体积小~机械传动结构简单~试件装夹方便O 实验所用上试件可利用滚动轴承的标准球体, 这种球体 价格低,可以直接在市场购买;实验所用下试件为圆盘, 它对任何材料都可采用车削加工,加工成本低,便于不同
Байду номын сангаас
文 献 标 识 码 :A
文章编号:l002-2333( 2005> 08-0036-02
!前言
摩擦磨损实验机是用于工科院校' 机械设计"~ 机械
设计基础"课程教学的实验设备O 根据摩擦磨损实验和实
验教学的要求, 教学用摩擦磨损实验机主要用于测试在
不同速度~ 较小载荷条件下各种材料和润滑剂的摩擦性
能,然后进行摩擦磨损机理的研究O 设计摩擦磨损实验机
最大载荷:P=10 N
! 实验机工作原理介绍
摩擦半径:10~30 mm
2.1 实验机
2.2 试 件
实验机机械部分工作原理如图 1 所示O
试件结构及尺寸如图 2 所示O 上试件为球体,可直接
电动机 2 通过减速器减速后,经带传动 1 驱动转杯 3 选用不同材料的标准轴承球O 下试件为圆盘,可选用不同
回转,下试件 4 安装在转杯 3 中并随转杯一起回转,上试 材料经车削加工而成O
数据采集测量系统获得O 工作时,可在下试件表面上滴润
P=W
( 1>
滑油( 边界润滑> ,也可不加润滑油( 干摩擦> O
作用在上试件 5 上的摩擦力 F 与作用在传感器 9 上的力
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
频中识别出来, 同时倒频谱能将边频谱中的周期成分明
Ca(!)=\F{igGxx ( f )}\
该定义即现在通常所说的实倒频谱 有时也简称倒 谱
4 复数倒频谱 CG(!)=F-1{ig X ( f )}
此处 X( f )=F{X(t)}=ax( f )+jbx ( f )=Ax( f ) !j !x( f ) 若取自然对数 则
inX( f )=inAx( f )+i"x( f ) 由此可见 复倒谱变换保留了相位信息
倒频谱是近代信号处理技术中的一项新技术 可以 分析复杂频谱图上的周期结构 分离和提取在密集调频 信号中的周期成分 对于具有同族谐频 异族谐频和多成 分边频等复杂信号的分析甚为有效 倒频谱变换是频域 信号的傅立叶积分变换的再变换 时域信号经过傅立叶 积分变换可转换为频率函数或功率谱密度函数 如果频 谱图上呈现出复杂的周期结构而难以分辨时 对功率谱 密度取对数再进行一次傅立叶积分变换 可以使周期结 构呈便于识别的谱线形式 第二次傅立叶变换的平方就 是倒功率谱 即 对数功率谱的功率谱 倒功率谱的开方 即称幅值倒频谱 简称倒频谱
图 ! 齿轮运行时功率谱
图 % 振动信号的幅值谱
从图中可以看出9在 755 Hz 附近有尖峰出现0 对采集数据作倒谱分析9倒频谱如图 20 由图 2 可见9在 T=40 ms 处有一峰值出现9其对应频 率为
! f =1/T=1000/40=25 Hz 而主 动 轴 转 频 f 2=1500/60=25 Hz9由 此 可 以 推 断 9齿 轮 箱 中间轴振动谱的边带主要是由主动轴转频调制而成0 由
关键词 倒频谱； 故障诊断； 齿轮传动箱
中图分类号 TB534
文献标识码 A
文章编号 1002-2333 2005 08-0034-03
!引言 在齿轮箱的故障诊断中 关键是对齿轮的状态检测
和故障诊断 齿轮箱工作时所产生的振动信号含有齿轮 加工 安装 运行及损伤状态等信息 所以齿轮故障的诊 断,关键是如何把各种有用的故障信息分离出来 根据齿 轮振动机理及相关的频谱分析方法来进行振动信号处理 和特征提取,从而确定故障及其可能原因 这是目前齿轮 故障诊断中的一种比较有效的方法 而倒频谱分析在该 方面有其独特的优势 并在实际的诊断过程中得到了广泛 的应用 ! 齿轮箱故障振动特点分析
Gxx ( f )= Gff ( f ) hxf ( f ) 2 其中 Gff ( f )为振源的自功率谱9Hxf ( f )为振源与测点之 间 的传递函数0 对上式去对数后有
lgGxx( f )= lgGff ( f )+2lg Hxf ( f ) 对上式作傅立叶变化得
F-1 lgGxx( f )}=F lgGff ( f )}+F 2lg Hxf ( f ) } 由以上分析可见9 振源和传递途径的影响表现为倒频谱 的相加0 由于振源与传递途径的倒频谱相互差别很大9它 们在倒谱中是分开的9很容易区分出来0 这一结果也表明 用倒频谱来诊断故障信号时9 测量位置的选择要求不是 很严格0
件 5 装在夹头 6 中O 载荷 P 由砝码 7 的重力 W 产生,杠 2.3 摩擦系数测试原理
杆 8 在摩擦力 F 作用下摆动, 杠杆的另一端压在压力传
如图 1 所示, 实验机作用在试件上的载荷 P 由砝码
感器 9 上, 压在压力传感器上的力 G 可由实验机配套的 重力 W 产生,P 与 W 的关系为:
研 究 探 讨 Research & Discussion
倒频谱分析法及其在齿轮箱故障诊断中的应用
张 金! 张耀辉! 黄漫国 （北京装甲兵工程学院 研究生二队，北京 100072）
摘 要 分析了齿轮传动箱振动特点，介绍了倒频谱分析的定义、诊断特点及该方法在齿轮传动箱故障诊断中的独到忧
点，并且举出了倒频谱分析方法在齿轮及齿轮传动箱故障诊断中的应用实例。
倒谱变换是一种在语音和图像处理中广泛应用的非 线 性 信 号 处 理 技 术 它 是 在 1963 年 被 Bogert ~eaiy 和 Tukey 提出的 它是同态系统理论的基础 专门处理通过 卷积组合在一起的信号 倒谱变换技术还在地震信号和 声纳信号的处理领域得到了成功的应用
倒谱变换主要有两种分析方法 复倒谱分析和实倒 谱分析 复倒谱分析保留了信号的全部信息 能够对信号 的回声进行检测 实倒谱分析则在变换过程中保留了信 号的频谱幅度信息 摒弃了相位信息 所以不能够对信号 进行重建 但是可以利用它来进行重建一个最小相位信号
院 ,1996.
!!!!!!!!!! 作者简介:张金(1980->,在读研究生,研究方向为齿轮传 动箱 状态 检
如图 3 为一有缺陷的齿轮在运行时测得的功率谱9 它含有大量的边频带频谱分量0 通过功率谱我们只能大 致估计其边频间距约为 10 Hz9很难分辨确定出各种周期 成分0 但是通过做该齿轮的倒频谱如图 4 所示9我们能够 精确的找到其倒频率 !=9.95 ms9对应频率为 1/!=10.4 Hz0 这就很方便的找出了复杂频谱上的周期成分0 另外9从齿 轮倒频谱图中我们还可以找到频率为 28.1 ms 的谱线9其 对应的频率为 35.6 Hz9这个频率是齿轮轴的旋转频率0