齿轮箱实验

实验报告：齿轮箱故障检测班级：机自07

姓名：林海成

学号：10011166

日期：2013、5

一、实验目的

1、了解齿轮箱的整体结构以及故障类型

2、了解一种齿轮箱信号采集系统以及软件的操作

3、学习分析齿轮箱的故障特征

二、实验内容

1、分别在齿轮箱齿轮以及轴承正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。

2、控制单一变量，在齿轮断齿、缺齿以及轴承滚动体、内圈、外圈故障的情况下进行数据采集。

三、实验步骤

1、打开计算机，启动软件，进行参数设置。

2、在齿轮箱齿轮正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。

3、依次换上断齿、缺齿的故障齿轮，分别对其在两频率下的信号进行采集。

4、拆除齿轮部分，在齿轮箱轴承正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。

5、依次换上滚动体、内圈、外圈故障的轴承，分别对其在两频率下的信号进行采集。

6、重新将正常的齿轮以及轴承安装回原来位置，清理工作台，结束实验。

四、实验分析

分析程序如下：

clear;

clc;

load('f:\a.txt');

x=a(1:length(a),1);

y=a(1:length(a),2);

fs=length(x)/(max(x)-min(x));

n=length(x)-1;

t=n/fs;

N=2^nextpow2(n);

z=fft(y,N);

mag=2*abs(z)/N;

f=(0:length(z)-1)'*fs/length(z);

figure(1);

plot(f(1:N/2),mag(1:N/2));

grid on

axis([0600000.15])

xlabel('频率/Hz')

ylabel('幅值/V')

title('幅频谱')

figure(2);

z2=rceps(y);

plot(x,z2)

grid on

axis([00.1-0.20.2])

xlabel('时间/s')

ylabel('幅值/V')

title('倒频谱')

figure(3);

plot(x,y);

grid on;

xlabel('时间/s')

ylabel('幅值/V')

title('时间曲线')

理论数据如下：

轴承参数：

滚动体个数8，滚动体半径0.3125英寸，运动节径1.318英寸，压力角0度皮带轮传动比2.48

齿轮参数：

大齿轮齿数18，传动比1.5000000

1、齿轮正常：

20HZ时：

时间曲线

频谱图

倒频谱

30HZ时：时间曲线

频谱图

倒频谱

结论：没有缺陷的正常齿轮，其振动主要是由于齿轮自身的刚度等引起的。

(1)时域特征：正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波形。

(2)频域特征：正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高次谐波依次减小；同时，在低频处有齿轮轴旋转频率及其高次谐波。

(3)20HZ时齿轮啮合频率为595.2HZ；30HZ时齿轮啮合频率为892.8HZ。

2、齿轮故障

1）断齿

20HZ时

时间曲线

频谱图

30HZ时时间曲线

频谱图

2）缺齿

20HZ时

时间曲线

频谱图

30HZ时时间曲线

频谱图

结论：齿轮的局部异常包括齿根部有较大裂纹、局部齿面磨损、轮齿折断、局部齿形误差等，局部异常齿轮的振动波形是典型的以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲。具有局部异常故障的齿轮，由于裂纹、断齿或齿形误差的影响，将以旋转频率为主要频域特征。

断齿时域表现为幅值很大的冲击型振动,频率等于有断齿轴的转频。而频域上在啮合频率及其高次谐波附近出现间隔为断齿轴转频的边频带;边频带一般数量多、幅值较大、分布较宽。

缺齿可以看成是最为严重的断齿，其时域冲击性振动更为明显，冲击作用时间短。频域上在啮合频率及其高次谐波附近出现间隔为断齿轴转频的边频带;边

频带幅值更大、分布更宽。从倒频谱可以更明显的看出其周期性。

3、轴承正常

20HZ时

时间曲线

频谱图

倒频谱

30HZ时时域图

频谱图

倒频谱

结论：没有缺陷的滚动轴承，其振动主要是由于自身的因素引起的。

(1)时域特征：正常轴承其振动波形近似正弦波。

(2)频域特征：正常轴承的信号反映在功率上，可以分成三个区域，其中以低频段为主。

4、轴承故障

1）滚动体剥落

20HZ时

时间曲线

频谱图

30HZ时时间曲线

频谱图

结论：当滚动体产生损伤时,缺陷部位通过滚道表面时将产生冲击振动。机器运行出现周期性脉冲。

转速频率为20HZ时，滚动体剥落的脉动频率为79.61HZ；转速频率为30HZ 时，滚动体剥落的脉动频率为119.41HZ。

2）内圈剥落

20HZ时

时间曲线