《故障诊断》讲稿第五章_

1、机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.1齿轮失效形式和原因齿轮失效形式和原因齿轮箱各类零件失效的比例：齿轮箱各类零件失效的比例：齿轮齿轮60%，轴承，轴承19%，轴轴10%，箱体，箱体7%，紧固件，紧固件3%，油封，油封1%。齿轮失效的原因：齿轮失效的原因：1 1由制造误差引起的缺陷由制造误差引起的缺陷2 2由装配误差引起的故障由装配误差引起的故障3 3运用中产生的故障运用中产生的故障机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.1齿轮失效形式和原因

2、齿轮失效形式和原因5.1.1由制造误差引起的缺陷由制造误差引起的缺陷偏心、周节误差、基节误差、偏心、周节误差、基节误差、齿形误差齿形误差制造误差较严重时，使制造误差较严重时，使齿轮啮合时产生冲击引起较齿轮啮合时产生冲击引起较大的噪声。大的噪声。图图6-5齿轮常见误差的图解齿轮常见误差的图解机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.1齿轮失效形式和原因齿轮失效形式和原因5.1.2由制造装配误差引起的故障由制造装配误差引起的故障1“一端接触一端接触图图6-6“一端接触一端接触示示意图意图图图6-7装配误差示意图装配误差示意图2齿轮轴的直线性偏差齿轮轴的直线性偏差

3、不同轴、不对中不同轴、不对中造成轮齿负荷不匀，个别齿负荷过重引起早期磨损，造成轮齿负荷不匀，个别齿负荷过重引起早期磨损，严重时甚至引起断齿。严重时甚至引起断齿。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.1齿轮失效形式和原因齿轮失效形式和原因5.1.3运行中产生的故障运行中产生的故障1常见故障类型和失效比例常见故障类型和失效比例断齿断齿41%齿面疲劳点蚀、剥落、龟裂齿面疲劳点蚀、剥落、龟裂31%齿面磨损齿面磨损10%齿面划痕齿面划痕10%其它故障塑性变形、化学腐蚀、异物嵌入等其它故障塑性变形、化学腐蚀、异物嵌入等8%机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的

4、监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.1齿轮失效形式和原因齿轮失效形式和原因5.1.3运行中产生的故障运行中产生的故障2故障原因和特点故障原因和特点A齿的断裂齿的断裂原因：突然过载或冲击过载使齿根弯曲应力过大原因：突然过载或冲击过载使齿根弯曲应力过大B齿面疲劳齿面疲劳(点蚀、剥落点蚀、剥落)闭式齿轮传动最普遍的破坏形式闭式齿轮传动最普遍的破坏形式原因：齿轮工作外表的交变应力引起微观疲劳裂纹，微观疲原因：齿轮工作外表的交变应力引起微观疲劳裂纹，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，小块金属从齿面脱劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，小块金属从齿面脱落形成小坑落形成小坑“点蚀点蚀；大面积或大块金属

5、脱落那么为；大面积或大块金属脱落那么为“剥落剥落。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断2故障原因和特点故障原因和特点C齿面磨损或划痕齿面磨损或划痕原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。a粘着磨损：粘着磨损：在低速、重载、高温这些都是冶金设备的特点、在低速、重载、高温这些都是冶金设备的特点、齿面粗糙度差、供油缺乏或润滑油粘度太低等情况下，油齿面粗糙度差、供油缺乏或润滑油粘度太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。因此低速重载齿轮的润滑油膜易被破坏而发生粘着磨损。因此低速重载齿轮的润滑油粘度要高一些。粘度要高一些

6、。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断C齿面磨损或划痕齿面磨损或划痕原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。b磨粒磨损与划痕：磨粒磨损与划痕：润滑油中的杂质颗粒外来砂粒或摩擦过程中产生的润滑油中的杂质颗粒外来砂粒或摩擦过程中产生的金属磨屑产生磨粒磨损与划痕。由于齿顶、齿根部为滑金属磨屑产生磨粒磨损与划痕。由于齿顶、齿根部为滑动接触，故摩擦较节圆部严重。动接触，故摩擦较节圆部严重。c腐蚀磨损腐蚀磨损润滑油中的酸、碱或水等污物与齿面发生化学反响造润滑油中的酸、碱或水等污物与齿面发生化学反响造成金属的腐蚀而导致齿面损伤

7、。成金属的腐蚀而导致齿面损伤。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断C齿面磨损或划痕齿面磨损或划痕原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。原因：润滑不良、润滑油不洁或热处理质量差。d烧伤：烧伤：由过载、超速或不充分润滑引起的过分摩擦所产生的由过载、超速或不充分润滑引起的过分摩擦所产生的局部区域过热。损伤的外表容易产生疲劳裂纹。局部区域过热。损伤的外表容易产生疲劳裂纹。e齿面胶合齿面胶合高速重载的软齿面在润滑不良时，一齿面上的局部材料高速重载的软齿面在润滑不良时，一齿面上的局部材料胶合到另一齿面上而在此齿面上留下坑穴。胶合到另一齿面上而在此齿面上留下坑穴。机

8、械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断2故障原因和特点故障原因和特点D齿面塑性变形齿面塑性变形软齿面齿轮在重载下易产生塑性变形。这是由于软齿面齿轮在重载下易产生塑性变形。这是由于在齿面间过大的摩擦力作用下，齿面接触应力会超过在齿面间过大的摩擦力作用下，齿面接触应力会超过材料的抗剪屈服极限，造成齿面金属的塑性流动。材料的抗剪屈服极限，造成齿面金属的塑性流动。齿面塑性变形破坏了正确的齿形，引起剧烈振齿面塑性变形破坏了正确的齿形，引起剧烈振动，甚至发生断齿。动，甚至发生断齿。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2齿轮的特征频

9、率齿轮的特征频率5.2.1轴的转频及其谐频轴的转频及其谐频齿轮及轴的转频齿轮及轴的转频fr为为:式中式中n为齿轮及轴的转速为齿轮及轴的转速(r/min)/60rfn(Hz)注意：轴的转频注意：轴的转频fr应远离临界转速轴系横向振动的固有频率应远离临界转速轴系横向振动的固有频率谐频谐频转频转频fr的整数倍，如的整数倍，如2fr，3fr，。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2齿轮的特征频率齿轮的特征频率5.2.2啮合频率及其谐频啮合频率及其谐频1定轴转动的齿轮的啮合频率定轴转动的齿轮的啮合频率:2有固定齿圈的行星轮系齿轮啮合频率有固定齿圈的行星轮系齿轮啮

10、合频率1122zrrfz fz f(Hz)式中式中zr齿轮的齿数；齿轮的齿数；fr该齿轮的旋转频率该齿轮的旋转频率Hzfc转臂的旋转频率转臂的旋转频率Hz，当，当fc与与fr转向相反时，转向相反时，fc前取正号，否那么就取负号。前取正号，否那么就取负号。zrrcfzff(Hz)机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2齿轮的特征频率齿轮的特征频率5.2.2啮合频率及其谐频啮合频率及其谐频齿轮以啮合频率振动的特点齿轮以啮合频率振动的特点:1振动频率随转速变化而变化；振动频率随转速变化而变化；2一般存在啮合频率的谐频整数倍频；一般存在啮合频率的谐频整数倍频；3

11、当啮合频率或其高阶谐频接近或等于齿轮的某阶固有当啮合频率或其高阶谐频接近或等于齿轮的某阶固有频率时，齿轮产生强烈振动；由于齿轮固有频率一般较高频率时，齿轮产生强烈振动；由于齿轮固有频率一般较高，产生强烈振动的可能性不大，但常为强烈噪声。，产生强烈振动的可能性不大，但常为强烈噪声。齿轮旋转质量不平衡、齿齿轮旋转质量不平衡、齿轮偏心、松动、齿面裂纹、轮偏心、松动、齿面裂纹、断齿等故障将影响到传动断齿等故障将影响到传动误差的长周期成分误差的长周期成分( (即与转即与转频有关的成分频有关的成分) )；齿面磨损、；齿面磨损、胶合、点蚀等分布性故障胶合、点蚀等分布性故障使传动误差的短周期成分使传动误差的短

12、周期成分加大，影响到啮合频率及加大，影响到啮合频率及其谐波成分的幅值。其谐波成分的幅值。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2齿轮的特征频率齿轮的特征频率5.2.3隐含成分鬼线隐含成分鬼线在啮合频率附近，由加工过程中滚齿机给齿轮带来的周期性缺陷。在啮合频率附近，由加工过程中滚齿机给齿轮带来的周期性缺陷。图图6-11齿轮振动中的隐含成分齿轮振动中的隐含成分隐含成分的特点：隐含成分的特点：(1)存在其高阶谐波存在其高阶谐波(2)工作载荷对其影响较小工作载荷对其影响较小图图(a)为轻载为轻载(10%)，图，图(b)为满载。为满载。满载时隐含成分只增加了满载时

13、隐含成分只增加了6dB，其二次谐频没有变化。其二次谐频没有变化。而满载时啮合频率成分增加了而满载时啮合频率成分增加了21dB,其二次谐频也增加了其二次谐频也增加了7dB。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊齿轮故障的监测与诊断断5.2.4边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生A幅值调制幅值调制由传动系统转矩的周期由传动系统转矩的周期性变化引起，如齿面上性变化引起，如齿面上载荷波动、齿距周期变载荷波动、齿距周期变化，偏心等化，偏心等图图6-12调幅信号波形及频谱调幅信号波形及频谱机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故

14、障的监测与诊断5.2.4边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生A幅值调制幅值调制(a)局部性缺陷：边频数量较局部性缺陷：边频数量较多，幅值较低，分布较均匀多，幅值较低，分布较均匀平坦，如断齿、大的剥落；平坦，如断齿、大的剥落；(b)分布性缺陷：边频分布高分布性缺陷：边频分布高而窄，幅值变化起伏较大，而窄，幅值变化起伏较大，如点蚀、划痕。如点蚀、划痕。图图6-13复杂调幅信号波形及频谱复杂调幅信号波形及频谱缺陷分布越均匀，边频越高、越窄。缺陷分布越均匀，边频越高、越窄。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.4边

15、频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生B频率调制与相位调制频率调制与相位调制转速波动、因加工分度转速波动、因加工分度误差导致齿距不均匀、误差导致齿距不均匀、齿轮轴偏心引起啮合速齿轮轴偏心引起啮合速率变化、周期性转矩率变化、周期性转矩(负负荷荷)变化引起速度变化等变化引起速度变化等引起频率调制引起频率调制图图6-14频率调制或相位调制信号波形及频率调制或相位调制信号波形及频谱频谱机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.4边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生边频带由幅值调制、频率调制及相位调制产生图图6-15幅值

16、调制与频率调制或相位调制同时存在的综合频谱幅值调制与频率调制或相位调制同时存在的综合频谱机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.5附加脉冲附加脉冲图图6-16附加脉冲示意图附加脉冲示意图调制信号调制信号对称于零线对称于零线(c)，其谱图是啮，其谱图是啮合频率或其高阶谐频附近的边频带。合频率或其高阶谐频附近的边频带。附加脉冲附加脉冲不对称于零线不对称于零线(b)，其谱图，其谱图是回转频率及其谐波频率较低。是回转频率及其谐波频率较低。由齿轮旋转频率的低次谐波引起，如由齿轮旋转频率的低次谐波引起，如齿轮平衡不良、不对中和机械松动等齿轮平衡不良、不对中和机械松

17、动等原因，均可能产生这些低次谐波。原因，均可能产生这些低次谐波。机械工程及自动化专业第五章第五章 齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.6交叉调制成分交叉调制成分齿轮箱内其它零部件的特征运动频率齿轮箱内其它零部件的特征运动频率对齿轮的振动频率进行调制，也产生了对齿轮的振动频率进行调制，也产生了边频带。边频带。机械工程及自动化专业第五章第五章齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.7齿轮的固有频率齿轮的固有频率一对齿轮副的固有频率一对齿轮副的固有频率HZ式中：式中：m一对齿轮的等效质量一对齿轮的等效质量 mKfc21bmZrcmmm111mc、mr大、小齿轮的等效质量大、小齿轮

18、的等效质量齿轮的固有频率多为齿轮的固有频率多为110kHz的高频的高频,当这种高频振动传递到齿当这种高频振动传递到齿轮箱等机件时轮箱等机件时,高频冲击振动已衰减高频冲击振动已衰减,多数情况下只能测到齿轮的多数情况下只能测到齿轮的啮合频率。啮合频率。机械工程及自动化专业第五章第五章齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.7齿轮的固有频率齿轮的固有频率一对齿轮副的固有频率一对齿轮副的固有频率HZ一个直齿圆柱实心齿轮的等效质量为：一个直齿圆柱实心齿轮的等效质量为：mKfc21bmZ10210)82. 1 (iiibmZm)/.(2mmskg其中：其中：m模数模数Zi齿数齿数机械工程及自动化专

19、业第五章第五章齿轮故障的监测与诊断齿轮故障的监测与诊断5.2.7齿轮的固有频率齿轮的固有频率一对齿轮副的固有频率一对齿轮副的固有频率HZmKfc21bmZK齿轮副的等效弹簧常数等效刚度齿轮副的等效弹簧常数等效刚度rcKKK111Kc、Kr 大、小齿轮的等效弹簧刚度。根据齿数Z和修正系数X及啮合重叠系数从图表设备故障诊断手册P414查出。 机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.3齿轮故障的简易诊断方法齿轮故障的简易诊断方法目的：判别齿轮的状态是否正常，目的：判别齿轮的状态是否正常，或根据振平的分析查出一些简单故障。或根据振平的分析查出一些简单故障。1、振平诊断法速度有效值、振平诊断

20、法速度有效值 采用绝对判定标准和相对判定标准相结合。采用绝对判定标准和相对判定标准相结合。其中相对判定标准达正常值其中相对判定标准达正常值2 2倍时引起注意；倍时引起注意；达正常值达正常值4 4倍时表示危险倍时表示危险机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.3齿轮故障的简易诊断方法齿轮故障的简易诊断方法2、判定参数值、判定参数值(与轴承简易诊断相似与轴承简易诊断相似)P峰值；峰值；Prms均方根值均方根值1 1峰值系数峰值系数rmsPPC 2峭度峭度444)()(dxxpxx3偏态偏态333)()(dxxpxx齿轮类型齿轮类型裕度指标裕度指标峭度指标峭度指标脉冲指标脉冲指标峰值指标

21、峰值指标波形参数波形参数新齿轮4.1432.6593.5362.8671.233坏齿轮7.2464.3356.1224.7971.276机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.3齿轮故障的简易诊断方法齿轮故障的简易诊断方法3、简易诊断法的实施、简易诊断法的实施判定：假设判定：假设A A、B B、C C、D D四处振动值差四处振动值差异很小，且都超标，说明齿轮异常；异很小，且都超标，说明齿轮异常；检测部位：轴承座检测部位：轴承座ABCD假设个别部位振动值大于其他部位，说明该处轴承异常。假设个别部位振动值大于其他部位，说明该处轴承异常。如果仅有齿轮啮合频率的振幅迅速升高，而边频的分布和

22、振如果仅有齿轮啮合频率的振幅迅速升高，而边频的分布和振幅并无变化，那么说明是轴承故障。幅并无变化，那么说明是轴承故障。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断、齿轮故障的精密诊断方法、齿轮故障的精密诊断方法、齿轮精密诊断的一般程序、齿轮精密诊断的一般程序齿轮加速度传感器电荷放大器小波分析确定各频段的故障频率倒频谱分析消除调幅和调频的影响积分器加速度速度频率分析带通滤波器（啮合频率）平均响应高通滤波器1KHZ绝对值处理频率分析平均响应低频域高频域机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法功率谱可确定齿轮振动信号能量的频率结构功率谱可确定齿轮振动信号

23、能量的频率结构图图6-18齿轮振动信号典型的功率谱图齿轮振动信号典型的功率谱图(a)线状谱线状谱:齿轮的齿轮的啮合频率及其谐波啮合频率及其谐波(b)山状谱山状谱:结构共振结构共振如轮轴横向振动固有如轮轴横向振动固有频率频率(c)随机谱随机谱:随机振动随机振动信号信号(d)同时存在三种谱同时存在三种谱机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法边频带分析法边频带分析法图图6-20细化分析显示边频带的示意图细化分析显示边频带的示意图(a)足够高的频足够高的频率分辨率率分辨率(b)频率细化分频率细化分析析(c)找出啮合频找出啮合频率率fz和调制频率和调制频率fr

24、(d)比较各次比较各次测量中边频测量中边频带幅值的变带幅值的变化趋势化趋势3fm机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法1正常齿轮的频谱正常齿轮的频谱a.啮合频率啮合频率fZ及其倍频及其倍频nfZ，fZ成分为主，其谐波值依次减小。成分为主，其谐波值依次减小。b.在低频有回转频率在低频有回转频率fr及其谐波及其谐波nfr。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法2均匀磨损均匀磨损功率谱类似于正常齿轮，功率谱类似于正常齿轮，但幅值增大，且高次谐波值但幅值增大，且高次谐波值增大。随着磨损加剧，还可增大。随着磨损加剧，

25、还可能产生能产生1/2，1/3，的分散的分散谐波谐波(非线性振动非线性振动)。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法3齿轮偏心齿轮偏心齿轮中心与旋转轴中心不重合齿轮中心与旋转轴中心不重合啮合频率啮合频率fZ及其谐波及其谐波nfZ受到回转频率受到回转频率fr的的调制；调制；以齿轮的旋转频率为以齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值特征的附加脉冲幅值增大增大机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法4齿轮不同轴齿轮不同轴(装配不当造成的齿轮和轴的不同轴装配不当造成的齿轮和轴的不同轴) 产生以啮合频产生以啮合频率率fz为

26、中心的边为中心的边频带，其回转频带，其回转频率频率fr在谱上也在谱上也有明显反映。有明显反映。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法5周节误差周节误差 啮合频率啮合频率fz及其边及其边频带频带fz+nfr，不对称边频带不对称边频带机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.2功率谱分析法功率谱分析法6不平衡联轴器或齿轮本身不平衡联轴器或齿轮本身产生以调幅为主、调产生以调幅为主、调频为辅的振动；频为辅的振动；啮合频率及其谐波两啮合频率及其谐波两侧产生侧产生mfznfr(m,n1,2,3,)的边频。的边频。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障

27、的监测与诊断6不平衡联轴器或齿轮本身不平衡联轴器或齿轮本身武钢武钢1580热轧厂热轧厂F6轧机轧机人字齿轮座振动信号分析人字齿轮座振动信号分析以啮合频率为中心的不对以啮合频率为中心的不对称边频带，边频为齿轮的称边频带，边频为齿轮的转频及其谐频。转频及其谐频。诊断结论诊断结论减速机与人字齿轮座之间减速机与人字齿轮座之间的接轴不平衡。的接轴不平衡。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断F1轧机主减速机齿轮振动信号的功率谱图轧机主减速机齿轮振动信号的功率谱图实例：武钢实例：武钢1580热轧厂热轧厂F1轧机主减速机振动信号分析轧机主减速机振动信号分析啮合频率啮合频率及其谐频及其谐频诊断结论诊

28、断结论齿侧间隙过大齿侧间隙过大0100200300400500600700800900100000.20.40.60.811.2x 10-3频率（Hz）幅值58.97Hz175.9Hz117.9Hz234.9Hz293.9Hz机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.3倒频谱分析方法倒频谱分析方法 由于调频调幅作用，故障齿轮的功率谱常常出现不由于调频调幅作用，故障齿轮的功率谱常常出现不对称的边频带。这种不对称的边频带，对于实际信号，对称的边频带。这种不对称的边频带，对于实际信号，有时是难以识别的。有时是难以识别的。倒频谱分析的优越性：倒频谱分析的优越性：受传输途径的影响很小。受传

29、输途径的影响很小。将原来谱上成族的边频带谱线简化为单根谱线，将原来谱上成族的边频带谱线简化为单根谱线，可以检测出功率谱中难以区分的周期性。可以检测出功率谱中难以区分的周期性。机械工程及自动化专业第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.3倒频谱分析方法倒频谱分析方法图图6-21用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边谱带用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边谱带1啮合频率；啮合频率；2、3高次频率；高次频率；A1、A2周期周期11.8ms(85Hz)谐波谐波;B1、B2周期周期20ms(50Hz)谐波谐波a)频率范围频率范围020kHz的的频谱频谱b)频率范频率范围的频谱围的频谱c)频率范频率范围的频谱围的频谱倒

30、频谱倒频谱清晰显示对应于清晰显示对应于两个齿轮副的两个齿轮副的旋转频率旋转频率(85Hz和和50Hz)两个倒频分量两个倒频分量(A1和和B1)机械工程及自动化专业卡车齿轮箱在正常与异常状态下的频谱和倒频谱卡车齿轮箱在正常与异常状态下的频谱和倒频谱01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0f ( H Z )w( b )( a )00 . 10 . 20 . 3q ( s )c ( q )( d )( c ) 2 8 . 1 m s( 3 6 . 6 H Z ) 9 5 . 5 m s( 1 0 . 4 H Z )正常异常HZ，HZ。第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.3倒频谱分析方法倒

31、频谱分析方法机械工程及自动化专业5.4.4时域平均法时域平均法 这种分析方法的关键是测量时要有时标信号，并且经过扩展压缩的运算，把原来的周期转为被检测齿轮转过一整转的周期。然后把加速度信号按此周期截断叠加，然后进行平均可减小噪声干扰。根本原理如以下图所示。滤 波时 标时 标 扩 展 或 压 缩 运 算信 号 平 均光 滑 化 滤 波TT 第五章 齿轮故障的监测与诊断机械工程及自动化专业齿轮在各种状态下的时域平均信号齿轮在各种状态下的时域平均信号 (a)正常齿轮正常齿轮(b)齿轮安装错位调制齿轮安装错位调制频率为转频及倍频频率为转频及倍频(c)齿面严重磨损齿面严重磨损有高次谐波有高次谐波(d)个

32、别齿出现断裂个别齿出现断裂有突跳现象有突跳现象第五章 齿轮故障的监测与诊断5.4.4时域平均法时域平均法齿轮在各种状态下的齿轮在各种状态下的时域平均信号时域平均信号机械工程及自动化专业5.5齿轮箱的故障诊断齿轮箱的故障诊断一、传感器及其安装位置一、传感器及其安装位置 压电加速度传感器，安装于轴承座上两个径向，一个轴向。两个径向指齿轮啮合方向的法向、切向或水平、铅垂方向 二、故障特征频率二、故障特征频率算出各轴转频，个齿轮副啮合频率，各轴承各元件故障频率。算出各轴转频，个齿轮副啮合频率，各轴承各元件故障频率。三、振动烈度分析三、振动烈度分析振动加速度振动速度振动速度有效值与标准对照状态积分均方根

33、第五章 齿轮故障的监测与诊断机械工程及自动化专业四、功率谱分析、倒频谱分析、时域分析四、功率谱分析、倒频谱分析、时域分析五、小波分析五、小波分析 小波分析具有时、频“聚焦特性，在时域或频域同时具有良好的局部化性质。对信号进行小波变换，将信号划分到不同的频段内，运用频谱细化技术对信号进行谱分析，可以将轴承故障信号一般能量较齿轮故障信号弱别离出来，准确判定故障位置 。第五章 齿轮故障的监测与诊断5.5齿轮箱的故障诊断齿轮箱的故障诊断武钢武钢1700热轧带钢厂热轧带钢厂R1轧机主传动系统振动测试分析轧机主传动系统振动测试分析机械工程及自动化专业加速度传感器电 荷 放大器磁 带 记录仪CF910分析仪

34、奔 腾 计算机机械工程及自动化专业顺时针转机械工程及自动化专业输入机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业测点1#3#2#、4#、5#、6#Vrms （mm/s）9.5734.5151.6603.791状态不满意满意不满意满意特点振动值分散，负荷变化大，冲击情况不稳定故障1#轴承盖螺栓预紧力不足，高速轴与中间轴不平行机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业1#测点2#测点3#测点4#测点统计值咬入稳态咬入稳态咬入稳态咬入稳态平均值16.6749.57310.0722.2586.0974.5153.4213.057最大值47.91616.56527.314

35、5.3648.3425.1924.8085.962标准差7.3303.3425.9380.9691.3490.3901.4121.5425#测点6#测点7#测点8#测点统计值咬入稳态咬入稳态咬入稳态咬入稳态平均值8.0663.7918.1041.6601.0000.7352.5900.888最大值22.9227.57214.6042.5901.9091.2233.4441.014标准差4.6331.8012.7960.4410.4590.2510.9160.163机械工程及自动化专业1#测点2#测点3#测点4#测点统计值咬入稳态抛出咬入稳态抛出咬入稳态抛出咬入稳态抛出平均值5.4683.166

36、2.4813.8682.5352.0683.2042.4721.7333.0492.8771.206最大值10.7804.2104.1437.0363.3953.7804.0783.4062.1784.2533.6691.818标准差1.8620.4640.7461.2260.3350.5970.5160.2800.3690.5200.4240.2505#测点6#测点7#测点8#测点统计值咬入稳态抛出咬入稳态抛出咬入稳态抛出咬入稳态抛出平均值7.7783.9909.4912.4611.1250.4570.3941.2130.702最大值12.3884.97218.1145.5401.4100.

37、5320.5201.4050.855标准差2.5110.4763.9991.1760.2000.0450.0710.1840.068机械工程及自动化专业9#测点10#测点11测点12#测点统计值咬入稳态咬入稳态咬入稳态咬入稳态平均值11.6761.9706.3671.4554.5330.8863.9670.979最大值41.9717.54415.7292.99912.7321.94311.2501.622标准值7.4861.1163.7930.7663.2410.5672.7750.39214#测点15#测点16#测点18#测点统计值咬入稳态咬入稳态咬入稳态咬入稳态平均值2.6041.3994.5580.6803.0640.6812.8840.610最大值8.1441.9918.1671.2436.8611.3844.9871.031标准值1.6910.3641.9670.3511.4120.2730.2990.04120#测点21#测点22#测点统计值咬入稳态咬入稳态咬入稳态平均值0.9830.2150.5590.2510.9190.195最大值1.8880.4710.8720.6031.8360.357标准