基于振动分析的齿轮断齿故障研究_冯伟
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表 1 齿轮常见故障发生概率
故障类型 断齿 点蚀 磨损 划痕 其他
百分比 /%
41
31
10
10
8
齿轮的断齿失效不仅会造成生 产设备完全停 机 , 甚至会导致人员伤亡事故. 针对齿轮断齿故障 , 许多学者通过不同的建模方式采用不同的数学分析 方法 在不 同的 工况 下进 行了相 关研 究[ 2 -4] . 文献 [ 2]建立了 3维齿轮内部裂纹模型 , 采用有限元分 析方法对断齿进行分析 , 得出断齿失效是由啮合齿 内部疲劳裂纹扩展引起的结论 , 并采用不同的材料
表2齿轮箱5档输入输出频率hzn600rs表3齿轮箱输入输出基本参数表4齿轮时域特征值由表4可知齿轮发生断齿情况下的均方值和峰值减小表明齿轮传动接触减少对经过磨合期的齿轮接触减少只可能是齿轮断齿或磨损厉害但因峭度和峰值指标增大又表明齿轮存在较强的振动冲击而磨损厉害并不会出现较大的冲击振动信号所以齿轮发生的只能是断齿故障
图 2 是传动实验台与测试分析系统的结构框 图 , 图 3是 试验用 SG135— 2 汽车变速器传 动简图 及测点分布. 5 档大小齿轮齿数比为 22∶42, 4个三 相振动加速度传感器分别布置在被测变速器的输入 轴轴承附近 、中间轴的 2端和输出轴轴承座附近. 由 图 2可知 , 各测点传感器采集的振动加速度信号经 电荷放大器积分 , 得到振动速度信号 , 输入 DAS 多 功能接口箱 , 经 A /D 转换后输入便携式计算机 , 应 用 DASC 信号采集与分析系统对信号进行采集 、记 录和频谱分析.
图 2 传动实验台与测试分析系统
试验中 , 故障齿轮全貌如 图 4所示 :齿轮材料 运转的变速器分别进行固 定转速改变载荷 和固定 为高锰渗碳钢 (20C rM o), 齿面硬度为 HRC58 ～ 64, 载荷改变转速试验 , 采集振动信号 并进行分析. 然 渗碳深度为 1. 1 ～ 1. 5 mm ;轴承材料为高碳铬轴承 后用一连断 2齿的故障齿轮 更换变速器内 输出轴 钢 (20C r), 表面 硬度 为 HRC58 ～ 64, 渗 碳深 度为 5档啮合齿轮 , 在低速 下 , 采集振动 信号并进 行对 1. 2 ～ 1. 6 mm ;润滑油为 BP46. 首先对正常状态下 比分析.
2. 1 试验设备及测试仪器构成
为了得到齿轮断齿状态的振动特征 , 采用 CGTS 型汽车变速器试验台来进行试验研究 , 该试验台是 针对汽车前置前驱变速器设计的. 试验研究对象采 用 韶 关 宏 大 齿 轮 厂 生 产 的 SG 135— 2 系 列 K727840ZW 型号齿轮变速箱. 采集齿轮箱正常状态 和 5档断齿状态的振动信号 , 并利用振动分析技术 分析 2种情况下的振动信号 , 比较其差异性 , 以此判 别齿轮断齿状态的故障特征.
激励 ;M x —齿轮副运转时的惯性力 ;Cx·—系统阻尼 力 ;k(t)x—弹性力 ;F (t)—施加在齿轮上的动载荷 , 包含齿轮一切故障所产生的激励 , 它的变化受轮齿 刚度和传动误差变化的影响 , 同时还与齿面摩擦力 方向的变化有关. 齿轮副的故障都与该动载荷 F (t) 有关. 齿轮副在啮合传递运动和负荷时 , 主动轮的作 用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在 对方轮齿上 , 当接触点某一瞬间位于轮齿的顶部 , 此 时轮齿如同一个悬臂梁 , 受载后齿根处产生的弯曲 应力最大 :若 F (t)突然变化 (过载或冲击 ), 很容易 在齿根处产生过载断裂 ;即使不存在 F (t)突变 , 当
第 15卷第 1期 20 07年 6 月
广州航海高等专科学校学报
JOURNAL OF GUANGZHOU MARIT IME COLLEGE
文章编号 :1009 - 8526(2007)01 - 0013 - 04
V o.l 15 N o. 1 Jun. 2007
基于振动分析的齿轮断齿故障研究
冯 伟
第 1期
冯 伟 :基于振动分析的齿轮断齿故障研究
1 5
图 3 变速器传动简图及测点分布 图 4 齿轮断齿全貌图
2. 2 振动信号分析
正常运转的齿轮箱会产生振动信号 , 若有故障 , 振动信号加剧并发生某些变化 , 因此振动信号包含
故障信息 , 并可采用时域或频域进行分析处理. 时域
分析常用统计值有均值 、均方值 、方差 、均方根值 、均 方幅值 、峭度和峰 值指标等 ;频域分析包括 频谱分
[ 3] JAM ES C L, HYUNGDEE L. G ear fa tigue c rack prognosis using embedded m ode l g ear dynam ic m ode l and fractu re
mechanics [ J] . M echanica l Sy stem s and S ignal P roce ssing, 2005, 19(4):836 - 846. [ 4] MACKA LDENER M, OLSSON M. A na lysis of crack propagation during too th interio rfa tigue frac ture[ J] . Engineering F rac ture M echanics, 2002, 69(2) :2147 - 2162. [ 5] 箫 汉 梁. 铁 谱 技 术 及 其 在 机 械 检 测 诊 断 中 的 应 用 [ M ] . 北京 :人民交通出版社 , 1993. [ 6] 丁 康 , 李巍华 , 朱小勇. 齿轮 及齿轮箱 故障诊 断实用 技术 [ M ] . 北京 :机械工业出版社 , 2005.
2 齿轮断齿振动分析
图 1 齿轮啮合物理模型
根据振动理论 , 齿轮啮合物理模型的动力学方 程为M x +Cx· +k(t)x =F (t). 式中 :x—啮合线上齿 轮相对位移 ;C—齿轮啮合阻尼 ;k (t)—啮合刚度 ; M —当量质量 , M =(m 1m 2 ) /(m 1 +m 2 );F (t)—外界
现代机械设备在传递运动方式上多种多样 , 但
齿轮传动仍是目前广泛采用的主要运动形式之一. 齿轮传动具有结构紧凑 、效率高 、寿命长 、工作可靠 和维修方便等优点 , 在改变运动 、传递动力 、变化速 度等方面得到普遍应用. 然而 , 齿轮在运转时 , 制造 不良或操作维护不当等原因均可能导致齿轮产生故 障 , 并且齿轮故障的类型 还随齿轮材料 、热处理工 艺 、运转状态等因素的不同而变化. 根据齿轮损伤的 表面形貌 、损伤过程及损伤机理的分析 , 故障通常表 现为断齿 、齿面疲 劳 (点蚀 、剥 落 、龟 裂 )、胶 合 、划 痕 、齿面磨损 、塑性流 动及其他损伤 (如化学腐蚀 、 异物嵌入 )等形式. 国外抽样统计结果表明 , 齿轮的 各种损伤发生的概率如表 1所列[ 1] . 断齿是齿轮发 生故障最主要也是最严重的损伤形式.
正常
600. 6
40. 1
2. 47
784. 3
10. 5
0. 85
20. 8
断齿
602. 1
37. 6
2. 43
784. 7
20. 6
1. 65Байду номын сангаас
34. 8
表 4 齿轮时域特征值
制频率为输出端转频 13. 0 H z成分及高次谐波.
状态
均方值 /V 峰值 /V 峭度 峰值指标
正常 断齿
161. 825E - 3 13. 834 E - 3
1 齿轮断齿机理分析
齿轮及齿轮箱的振动系统是一个复杂的非线形 系统. 齿轮的制造 、安装和轮齿刚度都会受到一定条
收稿日期 :2007 - 03 - 15 基金项目 :广州航海高等专科学校自然科学基金资助项目 (200612C01) 作者简介 :冯 伟 (1976 - ), 男 , 讲师 , 主要从事船舶机械维修决策 、摩擦学理论与应 用研究.
1 4
广州航海高等专科学校学报
第 15卷
件的限制 , 一对新齿轮在啮合运动中也会产生振动 ;
因此 , 有必要从齿轮振动模型和动力学方程分析齿轮
断齿激励源 , 并进一步做断齿分析. 齿轮副传动作为 一个振动系统 , 其物理模型可以简化如图 1所示[ 6] .
轮齿重复受载后 , 由于齿根处应力集中 , 也常会产生 疲劳裂纹 , 并逐步扩展 , 发展到最终使该处齿轮无法 再承受动载荷 F (t)而导致断齿. 断齿时其振动信号 冲击能量也达到最大.
1. 56 3. 509 0. 781 10. 673
3. 878 6. 642
由表 4可知齿轮发生断齿情况下的均方值和峰
值减小 , 表明齿轮传动接触减少 , 对经过磨合期的齿
轮 , 接触减少只可能是齿轮断齿或磨损厉害 , 但因峭 度和峰值指标增大 , 又表明齿轮存在较强的振动冲
击 , 而磨损厉害并不会出现较大的冲击振动信号 , 所
表 2 齿轮箱 5档输入输出频率 H z(n =600 r /s)
输入端
输出端
啮合频率
转频
啮合频率
转频
2 60
10
287. 4
13. 1
表 3 齿轮箱输入输出基本参数
故障
输入端
类型 转速 /( r m in- 1) 扭矩 /(N m -1 ) 功率 /kW
转速 /( r m in -1 )
输出端 扭矩 /(N m - 1) 功 率 /kW 油温 /(℃)
(广州航海高等专科学校 轮 机系 , 广东广州 510725)
摘 要 :断齿是齿轮发生故障最主要最严重的损伤形式. 通过对齿轮断齿机理分析 , 指出激励源是 齿轮产生振动和疲劳裂纹的主要因素 ;利用振动分析对变速箱中齿轮断齿的故障特性进行试验研 究 , 对振动信号进行时域和频谱分析 , 得出振动分析数据和图谱. 关键词 :振动分析 ;齿轮断齿 ;故障 ;时频分析 中图分类号 :U664 文献标识码 :A
性能试验对断齿模型给予了检验. 从故障诊断方法 上研究齿轮断齿通常有振动分析 、油液分析 [ 5] 10 - 22 、 工况信息分析和断齿表面分析 4类. 油液分析是通 过定期提取齿轮箱润滑油 , 分析滑油的理化性能和 磨损残余物 , 利用现代方法对润滑油的污染度和磨 粒的成分 、数量 、形状 、尺寸和颜色等进行精密观察 和分析 , 从而判断齿轮故障的程度 、部位 、类型和原 因 ;工况信息分析是通过齿轮负载 、摩擦力矩及温度 测量判别齿轮工作状况 ;断齿表面分析是借助扫描 电镜或其他光学设备通过对齿轮断裂表面纹理 、形 态特征做机理分析 , 依此判断齿轮断齿原因 ;振动分 析则是通过提取与分析齿轮在运转过程产生的振动 与噪声信号并以振动信号为主 , 判断齿轮工作状况 的一种真实全面的诊断方法. 在各种齿轮故障诊断 方法中 , 以振动检测为基础的齿轮故障诊断方法具 有反映迅速 、测量简便 、实时性强等优点. 测量齿轮 运行过程中所产生的振动信号 , 作为故障诊断的重 要信息来源 , 是一种理想的齿轮传动状态的在线运 行监测方法.
以齿轮发生的只能是断齿故障. 图 5和图 6 分别是 齿轮正常状态和断齿下振动加速度的时域信号 、频
谱 、细化谱和解调谱. 在断齿齿轮的 一阶啮合频率
287. 4 H z附近出现明显调制边频带 , 解调谱发现调
3 结论
通过以上齿轮断齿故障分析可知 :齿轮发生故 障 , 尤其是断齿故障 , 是外界不规则激励源 (过载或 冲击 )和疲 劳裂纹源作用的结果 ;齿轮发生断齿故 障的振动信号是非常好的征兆提取量. 对振动加速 度信号进行对比时域特征分析和三频域 (频谱 、细 化谱 、解调谱 )分析表明 :断齿故障下的时域特征的 均方值和峰值减小 , 峭度和峰值指标增大 ;啮合频率 附近出现调制边频带 , 解调谱发现调制频率为输出 端转频成分和多次高次谐波.
1 6
广州航海高等专科学校学报
第 15卷
参考文献 :
[ 1] 廖伯瑜. 机械故障诊断 基础 [ M ] . 北京 :冶 金工业 出版 社 , 2003.
[ 2] STAK IOTAK IS V G, AN IFANT IS N K. F inite elem ent mode ling of spu r gearing frac tu res [ J] . F inite E lem en ts in A na ly sis and D esign, 2002(39):79 - 92.
析 、细化谱分析和解调谱分析. 时域均方值反映了平
均振动能量 , 时域峰值 、峭度和峰值指标在一定程度
上反映出振动信号是否含有冲击成分 ;在齿轮箱故
障诊断中频谱主要用于分析振动加速度信号中齿轮
啮合频率和轴承内 、外环固有频率等中高频成分 ;细
化谱主要用于分析振动速度信号中各轴转频和轴承
各组件通过频率等低频成分 ;解调谱主要用于分析
振动加速度信号中各轴转频和轴承各组件通过频率 等低频成分[ 5] 100 . -109 以测点 3的振动数据作为分析
的振动参数 , 采样频率 40 000 H z, 表 2是齿轮箱 5 档输入输出频率 , 表 3是输入输出基本参数. 对记录 的振动信号在时域内做特征值计算 , 表 4 为测点 1
的正常状态和 5档断齿下加速度的特征值.
故障类型 断齿 点蚀 磨损 划痕 其他
百分比 /%
41
31
10
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齿轮的断齿失效不仅会造成生 产设备完全停 机 , 甚至会导致人员伤亡事故. 针对齿轮断齿故障 , 许多学者通过不同的建模方式采用不同的数学分析 方法 在不 同的 工况 下进 行了相 关研 究[ 2 -4] . 文献 [ 2]建立了 3维齿轮内部裂纹模型 , 采用有限元分 析方法对断齿进行分析 , 得出断齿失效是由啮合齿 内部疲劳裂纹扩展引起的结论 , 并采用不同的材料
表2齿轮箱5档输入输出频率hzn600rs表3齿轮箱输入输出基本参数表4齿轮时域特征值由表4可知齿轮发生断齿情况下的均方值和峰值减小表明齿轮传动接触减少对经过磨合期的齿轮接触减少只可能是齿轮断齿或磨损厉害但因峭度和峰值指标增大又表明齿轮存在较强的振动冲击而磨损厉害并不会出现较大的冲击振动信号所以齿轮发生的只能是断齿故障
图 2 是传动实验台与测试分析系统的结构框 图 , 图 3是 试验用 SG135— 2 汽车变速器传 动简图 及测点分布. 5 档大小齿轮齿数比为 22∶42, 4个三 相振动加速度传感器分别布置在被测变速器的输入 轴轴承附近 、中间轴的 2端和输出轴轴承座附近. 由 图 2可知 , 各测点传感器采集的振动加速度信号经 电荷放大器积分 , 得到振动速度信号 , 输入 DAS 多 功能接口箱 , 经 A /D 转换后输入便携式计算机 , 应 用 DASC 信号采集与分析系统对信号进行采集 、记 录和频谱分析.
图 2 传动实验台与测试分析系统
试验中 , 故障齿轮全貌如 图 4所示 :齿轮材料 运转的变速器分别进行固 定转速改变载荷 和固定 为高锰渗碳钢 (20C rM o), 齿面硬度为 HRC58 ～ 64, 载荷改变转速试验 , 采集振动信号 并进行分析. 然 渗碳深度为 1. 1 ～ 1. 5 mm ;轴承材料为高碳铬轴承 后用一连断 2齿的故障齿轮 更换变速器内 输出轴 钢 (20C r), 表面 硬度 为 HRC58 ～ 64, 渗 碳深 度为 5档啮合齿轮 , 在低速 下 , 采集振动 信号并进 行对 1. 2 ～ 1. 6 mm ;润滑油为 BP46. 首先对正常状态下 比分析.
2. 1 试验设备及测试仪器构成
为了得到齿轮断齿状态的振动特征 , 采用 CGTS 型汽车变速器试验台来进行试验研究 , 该试验台是 针对汽车前置前驱变速器设计的. 试验研究对象采 用 韶 关 宏 大 齿 轮 厂 生 产 的 SG 135— 2 系 列 K727840ZW 型号齿轮变速箱. 采集齿轮箱正常状态 和 5档断齿状态的振动信号 , 并利用振动分析技术 分析 2种情况下的振动信号 , 比较其差异性 , 以此判 别齿轮断齿状态的故障特征.
激励 ;M x —齿轮副运转时的惯性力 ;Cx·—系统阻尼 力 ;k(t)x—弹性力 ;F (t)—施加在齿轮上的动载荷 , 包含齿轮一切故障所产生的激励 , 它的变化受轮齿 刚度和传动误差变化的影响 , 同时还与齿面摩擦力 方向的变化有关. 齿轮副的故障都与该动载荷 F (t) 有关. 齿轮副在啮合传递运动和负荷时 , 主动轮的作 用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在 对方轮齿上 , 当接触点某一瞬间位于轮齿的顶部 , 此 时轮齿如同一个悬臂梁 , 受载后齿根处产生的弯曲 应力最大 :若 F (t)突然变化 (过载或冲击 ), 很容易 在齿根处产生过载断裂 ;即使不存在 F (t)突变 , 当
第 15卷第 1期 20 07年 6 月
广州航海高等专科学校学报
JOURNAL OF GUANGZHOU MARIT IME COLLEGE
文章编号 :1009 - 8526(2007)01 - 0013 - 04
V o.l 15 N o. 1 Jun. 2007
基于振动分析的齿轮断齿故障研究
冯 伟
第 1期
冯 伟 :基于振动分析的齿轮断齿故障研究
1 5
图 3 变速器传动简图及测点分布 图 4 齿轮断齿全貌图
2. 2 振动信号分析
正常运转的齿轮箱会产生振动信号 , 若有故障 , 振动信号加剧并发生某些变化 , 因此振动信号包含
故障信息 , 并可采用时域或频域进行分析处理. 时域
分析常用统计值有均值 、均方值 、方差 、均方根值 、均 方幅值 、峭度和峰 值指标等 ;频域分析包括 频谱分
[ 3] JAM ES C L, HYUNGDEE L. G ear fa tigue c rack prognosis using embedded m ode l g ear dynam ic m ode l and fractu re
mechanics [ J] . M echanica l Sy stem s and S ignal P roce ssing, 2005, 19(4):836 - 846. [ 4] MACKA LDENER M, OLSSON M. A na lysis of crack propagation during too th interio rfa tigue frac ture[ J] . Engineering F rac ture M echanics, 2002, 69(2) :2147 - 2162. [ 5] 箫 汉 梁. 铁 谱 技 术 及 其 在 机 械 检 测 诊 断 中 的 应 用 [ M ] . 北京 :人民交通出版社 , 1993. [ 6] 丁 康 , 李巍华 , 朱小勇. 齿轮 及齿轮箱 故障诊 断实用 技术 [ M ] . 北京 :机械工业出版社 , 2005.
2 齿轮断齿振动分析
图 1 齿轮啮合物理模型
根据振动理论 , 齿轮啮合物理模型的动力学方 程为M x +Cx· +k(t)x =F (t). 式中 :x—啮合线上齿 轮相对位移 ;C—齿轮啮合阻尼 ;k (t)—啮合刚度 ; M —当量质量 , M =(m 1m 2 ) /(m 1 +m 2 );F (t)—外界
现代机械设备在传递运动方式上多种多样 , 但
齿轮传动仍是目前广泛采用的主要运动形式之一. 齿轮传动具有结构紧凑 、效率高 、寿命长 、工作可靠 和维修方便等优点 , 在改变运动 、传递动力 、变化速 度等方面得到普遍应用. 然而 , 齿轮在运转时 , 制造 不良或操作维护不当等原因均可能导致齿轮产生故 障 , 并且齿轮故障的类型 还随齿轮材料 、热处理工 艺 、运转状态等因素的不同而变化. 根据齿轮损伤的 表面形貌 、损伤过程及损伤机理的分析 , 故障通常表 现为断齿 、齿面疲 劳 (点蚀 、剥 落 、龟 裂 )、胶 合 、划 痕 、齿面磨损 、塑性流 动及其他损伤 (如化学腐蚀 、 异物嵌入 )等形式. 国外抽样统计结果表明 , 齿轮的 各种损伤发生的概率如表 1所列[ 1] . 断齿是齿轮发 生故障最主要也是最严重的损伤形式.
正常
600. 6
40. 1
2. 47
784. 3
10. 5
0. 85
20. 8
断齿
602. 1
37. 6
2. 43
784. 7
20. 6
1. 65Байду номын сангаас
34. 8
表 4 齿轮时域特征值
制频率为输出端转频 13. 0 H z成分及高次谐波.
状态
均方值 /V 峰值 /V 峭度 峰值指标
正常 断齿
161. 825E - 3 13. 834 E - 3
1 齿轮断齿机理分析
齿轮及齿轮箱的振动系统是一个复杂的非线形 系统. 齿轮的制造 、安装和轮齿刚度都会受到一定条
收稿日期 :2007 - 03 - 15 基金项目 :广州航海高等专科学校自然科学基金资助项目 (200612C01) 作者简介 :冯 伟 (1976 - ), 男 , 讲师 , 主要从事船舶机械维修决策 、摩擦学理论与应 用研究.
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广州航海高等专科学校学报
第 15卷
件的限制 , 一对新齿轮在啮合运动中也会产生振动 ;
因此 , 有必要从齿轮振动模型和动力学方程分析齿轮
断齿激励源 , 并进一步做断齿分析. 齿轮副传动作为 一个振动系统 , 其物理模型可以简化如图 1所示[ 6] .
轮齿重复受载后 , 由于齿根处应力集中 , 也常会产生 疲劳裂纹 , 并逐步扩展 , 发展到最终使该处齿轮无法 再承受动载荷 F (t)而导致断齿. 断齿时其振动信号 冲击能量也达到最大.
1. 56 3. 509 0. 781 10. 673
3. 878 6. 642
由表 4可知齿轮发生断齿情况下的均方值和峰
值减小 , 表明齿轮传动接触减少 , 对经过磨合期的齿
轮 , 接触减少只可能是齿轮断齿或磨损厉害 , 但因峭 度和峰值指标增大 , 又表明齿轮存在较强的振动冲
击 , 而磨损厉害并不会出现较大的冲击振动信号 , 所
表 2 齿轮箱 5档输入输出频率 H z(n =600 r /s)
输入端
输出端
啮合频率
转频
啮合频率
转频
2 60
10
287. 4
13. 1
表 3 齿轮箱输入输出基本参数
故障
输入端
类型 转速 /( r m in- 1) 扭矩 /(N m -1 ) 功率 /kW
转速 /( r m in -1 )
输出端 扭矩 /(N m - 1) 功 率 /kW 油温 /(℃)
(广州航海高等专科学校 轮 机系 , 广东广州 510725)
摘 要 :断齿是齿轮发生故障最主要最严重的损伤形式. 通过对齿轮断齿机理分析 , 指出激励源是 齿轮产生振动和疲劳裂纹的主要因素 ;利用振动分析对变速箱中齿轮断齿的故障特性进行试验研 究 , 对振动信号进行时域和频谱分析 , 得出振动分析数据和图谱. 关键词 :振动分析 ;齿轮断齿 ;故障 ;时频分析 中图分类号 :U664 文献标识码 :A
性能试验对断齿模型给予了检验. 从故障诊断方法 上研究齿轮断齿通常有振动分析 、油液分析 [ 5] 10 - 22 、 工况信息分析和断齿表面分析 4类. 油液分析是通 过定期提取齿轮箱润滑油 , 分析滑油的理化性能和 磨损残余物 , 利用现代方法对润滑油的污染度和磨 粒的成分 、数量 、形状 、尺寸和颜色等进行精密观察 和分析 , 从而判断齿轮故障的程度 、部位 、类型和原 因 ;工况信息分析是通过齿轮负载 、摩擦力矩及温度 测量判别齿轮工作状况 ;断齿表面分析是借助扫描 电镜或其他光学设备通过对齿轮断裂表面纹理 、形 态特征做机理分析 , 依此判断齿轮断齿原因 ;振动分 析则是通过提取与分析齿轮在运转过程产生的振动 与噪声信号并以振动信号为主 , 判断齿轮工作状况 的一种真实全面的诊断方法. 在各种齿轮故障诊断 方法中 , 以振动检测为基础的齿轮故障诊断方法具 有反映迅速 、测量简便 、实时性强等优点. 测量齿轮 运行过程中所产生的振动信号 , 作为故障诊断的重 要信息来源 , 是一种理想的齿轮传动状态的在线运 行监测方法.
以齿轮发生的只能是断齿故障. 图 5和图 6 分别是 齿轮正常状态和断齿下振动加速度的时域信号 、频
谱 、细化谱和解调谱. 在断齿齿轮的 一阶啮合频率
287. 4 H z附近出现明显调制边频带 , 解调谱发现调
3 结论
通过以上齿轮断齿故障分析可知 :齿轮发生故 障 , 尤其是断齿故障 , 是外界不规则激励源 (过载或 冲击 )和疲 劳裂纹源作用的结果 ;齿轮发生断齿故 障的振动信号是非常好的征兆提取量. 对振动加速 度信号进行对比时域特征分析和三频域 (频谱 、细 化谱 、解调谱 )分析表明 :断齿故障下的时域特征的 均方值和峰值减小 , 峭度和峰值指标增大 ;啮合频率 附近出现调制边频带 , 解调谱发现调制频率为输出 端转频成分和多次高次谐波.
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广州航海高等专科学校学报
第 15卷
参考文献 :
[ 1] 廖伯瑜. 机械故障诊断 基础 [ M ] . 北京 :冶 金工业 出版 社 , 2003.
[ 2] STAK IOTAK IS V G, AN IFANT IS N K. F inite elem ent mode ling of spu r gearing frac tu res [ J] . F inite E lem en ts in A na ly sis and D esign, 2002(39):79 - 92.
析 、细化谱分析和解调谱分析. 时域均方值反映了平
均振动能量 , 时域峰值 、峭度和峰值指标在一定程度
上反映出振动信号是否含有冲击成分 ;在齿轮箱故
障诊断中频谱主要用于分析振动加速度信号中齿轮
啮合频率和轴承内 、外环固有频率等中高频成分 ;细
化谱主要用于分析振动速度信号中各轴转频和轴承
各组件通过频率等低频成分 ;解调谱主要用于分析
振动加速度信号中各轴转频和轴承各组件通过频率 等低频成分[ 5] 100 . -109 以测点 3的振动数据作为分析
的振动参数 , 采样频率 40 000 H z, 表 2是齿轮箱 5 档输入输出频率 , 表 3是输入输出基本参数. 对记录 的振动信号在时域内做特征值计算 , 表 4 为测点 1
的正常状态和 5档断齿下加速度的特征值.