設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷作業(yè)羅靜

1、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷作業(yè)姓名：羅靜 學號：20110702150 課程老師：謝志江、陳平一、論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機理及齒輪故障診斷方法答：齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機理：齒輪的振動頻率基本上可歸納為三類：軸的轉(zhuǎn)動頻率及其諧頻，齒輪的嚙合頻率及其諧頻，齒輪自身的各階固有頻率。其中齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機理如下：（1）齒輪嚙合過程中由于周節(jié)誤差、齒形誤差或均勻磨損等都會使齒與齒之間發(fā)生撞擊， 撞擊的頻率就是它的嚙合頻率。（2）由于齒輪嚙合過程中輪齒發(fā)生彈性變形，使剛剛進人嚙合的輪齒發(fā)生撞擊，因而產(chǎn)生沿著嚙合線方向作用的脈動力，于是也會產(chǎn)生以嚙合頻率為頻率的振動。對于齒廓為漸開線的齒輪，在節(jié)點附近為單齒嚙合

2、，而在節(jié)點兩側(cè)為雙齒嚙合，故其剛度是非簡諧的周期函數(shù)， 所產(chǎn)生的強迫振動與上述第一種情況不同，不僅有以嚙合頻率為頻率的基頻振動，而且還有嚙合頻率的高次諧波振動。齒輪故障診斷方法：1齒輪常見故障類型和失效比例1）齒的斷裂，故障比例為 41% ;2）齒面疲勞（點蝕、剝落等），失效比例為 31% ;3）齒面劃痕，失效比例為 10% ；4）齒面磨損，失效比例為 10% ;5）其他故障，例如齒面龜裂、化腐、塑性變形等。2故障原因和特點2. 1斷裂齒的斷裂有疲勞斷裂和過負荷斷裂2種情況。齒的根部在傳遞周期性載荷過程中，承受彎矩最大，由于幾何形狀和工藝上的原因，在根部有較為嚴重的應力集中，交變載荷易使根部產(chǎn)

3、生裂紋最終導致斷裂，裂紋的擴展可以是沿橫向的，也可以是沿斜線向上的。因此， 斷裂形式可能是齒根，也可能是齒頂部分，如圖 1所示。疲勞和過負荷斷裂從本質(zhì)上說是由于設(shè)計、制造、裝配不良而引起的軸系共振、軸的彎曲、 系統(tǒng)速度的急劇變化、不平衡載荷等原因造成的。2. 2磨損由于潤滑油或其他原因，在齒面上有污物、金屬屑末、塵埃和砂粒，潤滑不良、齒面粗糙等使動載荷加大，不但點蝕多發(fā)生在節(jié)線2所示。造成點蝕也是引起磨損的因索，故齒輪磨損后齒的幾何形狀、厚度均產(chǎn)生變化， 振動和噪音加大，而且最終導致齒的折斷。2. 3齒面疲勞（點蝕、剝落）齒面疲勞是指齒表面金屬微屑剝落下來而形成的麻斑逐步發(fā)展成為點蝕。 和齒根

4、區(qū)間而又靠近節(jié)線附近，它與齒的磨損故障形式是不同的，如圖 的主要原因是由于工作表面的交變應力引起的微觀疲勞裂痕。試驗表明：在閉式傳動中，點蝕是最普遍的破壞方式；在開式傳動中，由于潤滑油不夠充分以及進入污物可能性增多，磨損總是先于點蝕破壞。2. 4齒面劃痕齒面劃痕與點蝕不同， 它的故障機理是由于齒面在相對滑動時，因油膜破裂引起金屬表面熔融粘著并剝落而產(chǎn)生的損傷。這類故障往往發(fā)生在潤滑油粘度過低、低轉(zhuǎn)速、大載荷和運行溫度過高的情況。3故障診斷方法齒輪故障診斷的基本方法是利用振動信號在頻域和時域上診斷。時域法主要依賴診斷者的經(jīng)驗和對故障機理的透徹了解；頻域法即利用細化譜分析和倒頻譜技術(shù)進行邊帶分析。

5、3. 1細化譜分析法頻域分析在齒輪診斷中主要是提取邊頻特征信息，但是在以嚙合頻率為中心的兩邊分布或單邊分布有邊頻族，這些譜線之間的間隔很小， 一般的頻率分析無法分辨出這些間隔很密的頻率。因此，有頻譜分析中采用了所謂細化技術(shù)，實質(zhì)上就是進行局部放大，用來判斷或讀出故障的特征信息。細化譜邊頻診斷故障一般從兩個方面著手：（1）利用邊帶的對稱性，找出的頻率關(guān)系，確定是否成為一組邊帶，如果是邊帶，則可知道嚙合頻率 fc和調(diào)制信號頻率 fe; ( 2)比較各次測量中邊帶幅值變化的趨勢。 由此2點，就可判斷故障的類型和故障發(fā)展的程度。JCF - 500型齒輪箱的結(jié)構(gòu)及細化邊頻譜分析如圖3、4所示。在細化譜上

6、，以嚙合頻率fc=299. 84Hz 為中心，具有對稱分布的一族邊帶。其中邊帶族以(299. 84 ± n X 12. 5) Hz比較突出，而其他邊帶族則不明顯，說明輸入軸的轉(zhuǎn)頻fz是主要調(diào)制源，故障發(fā)生在小齒輪軸上，其故障性質(zhì)有兩種可能：(1)小齒輪加工分度誤差大；(2)載荷波動。3. 2倒頻譜分析法倒頻譜是功率譜對數(shù)的功率譜，又稱功率倒頻譜、倒譜分析，也稱為二次譜分析。倒頻譜有兩條顯著優(yōu)點：(1)倒頻譜在功率譜的對數(shù)轉(zhuǎn)換時給低幅值分量有較高的加權(quán)，而對高幅值分量較小的權(quán)，加權(quán)的結(jié)果有助于突出小信號的周期性，又能精確測出頻率間隔，這對于檢測出譜圖中的故障邊帶族(周期信號)是十分有用

7、的；(2)倒頻譜分析對譜的形狀不敏感， 具體說來就是對于傳感器的測點位置或信號傳偷途徑不敏感，對于幅度和頻率調(diào)制的相位關(guān)系不敏感，由于這種不敏感，十分有助于我們找到故障源的特征須率。二、滾動軸承故障的特征頻率推導計算答：圖2為向心推力滾動軸承的結(jié)構(gòu)圖和運動分析簡圖，中間為滾珠軸承的軸向剖面圖，右邊為滾動軸承的軸向剖面圖。分析的外環(huán)固定而內(nèi)環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動的情況，軸承故障引起振動， 它的特征頻率是診斷中必須要識別提取的，為便于推導軸承故障的特征頻率，作如下假設(shè)：(1)滾動體與滾道之間無滑動接觸；(2)每個滾動體直徑相同，目 _均勻分布在內(nèi)外滾道之間；(3)徑向、軸向受載荷時各部分無變形。圖2設(shè)外圈轉(zhuǎn)頻

8、為f°,內(nèi)圈轉(zhuǎn)頻為fi,保持架轉(zhuǎn)頻為fc,軸承節(jié)徑為D,滾動體直徑為d,接觸角為 。通過滾動軸承運動學的分析，可以求得滾動體通過內(nèi)、外圈滾道的頻率，以 及滾動體相對保持架的回轉(zhuǎn)頻率等。這些頻率與故障密切相關(guān)的。滾動體與內(nèi)環(huán)接觸點的速度為:Vi 2 r fifiD d cos滾動體與外環(huán)接觸點的速度為:Vo2 r0 f0D d cos滾動體的速度為:VmViVofiD由此可得fmViVo9cosfiD1 cosDfo單個滾動體在外圈滾道上的通過頻率, 得，即即為保持架相對外圈的回轉(zhuǎn)頻率,可由上式求f0mf0 fmfi 1 cosD同理，單個滾動體在內(nèi)圈滾道上的通過頻率fim為fim f

9、i fmfid cosD滾動體相對保持架的回轉(zhuǎn)頻率(即自轉(zhuǎn)頻率)fbm,也可求得，即fbm2dfi f02cos考慮到滾動軸承有 N個滾動體,則滾動體在外圈及內(nèi)圈滾道上通過頻率f0p、fip及fbm可表不為:f0 pdcos Dfipfrd cosD【d221 2 cosD2式中fr fi f。為內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)動頻率，當外圈固定時,fr即為軸的轉(zhuǎn)頻率，即frfi, fi n60, n為軸的轉(zhuǎn)速。如果在外圈滾道上有故障時，則產(chǎn)生以p為頻率的脈沖激勵，所以稱 f0P為外圈的，一一 一f“故障頻率，同理fiP為內(nèi)圈的故障頻率。若滾動體上有故障時，因其自轉(zhuǎn)一周通過內(nèi)外圈各 一次，故滾動體的故障頻率為f

10、b 2 f一般徑向滾珠軸承0, 一般外圈固定，即fo °，則 fi ,其故障頻率如表1所示（其中N為滾動體個數(shù)）。元件故障頻率公式內(nèi)圈Ndf1 cosfi2 D外圈N d df1 cosf i2D滾珠Dd22f1cCOSfidD2表1三、針對某個機組對象建立其狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，描述測點布置、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成（框圖）及各部分功能（如：汽輪機狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)）（如：齒輪箱狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)）（如：煤氣鼓風機/旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)）答：以齒輪箱為例：1、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷定義設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是通過掌握設(shè)備過去和現(xiàn)在運行中或在基本不拆卸的情況下 的狀態(tài)

11、量，判斷有關(guān)異?；蚬收系脑虿㈩A測對將來的影響，從而找出必要對策的技術(shù)。它在動態(tài)情況下，利用機械設(shè)備劣化進程中產(chǎn)生的信息（如振動、噪聲、壓力、溫度、流量、潤滑狀態(tài)及其他指標等）來進行狀態(tài)分析和故障診斷，涉及傳感器及測試技術(shù)、電子學、信 號處理、識別理論、計算機技術(shù)以及人工智能、專家系統(tǒng)等多種基礎(chǔ)學科和技術(shù)學科，是這些理論的綜合應用。機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本過程如圖1.1。2、齒輪箱信號分析與故障診斷2.1 齒輪箱的結(jié)構(gòu)和組成部件齒輪箱一般由齒輪、軸、軸承、箱體等零部件組成。2.1.1 齒輪一般情況下兩個齒輪組成一個齒輪傳動副，它可以傳遞空間任意兩軸間的轉(zhuǎn)動；可以變轉(zhuǎn)動為直線運動或反之，

12、 可以實現(xiàn)定角速比傳動，也可以實現(xiàn)按一定規(guī)律而變化的變角速比傳動。常見的類型有平面齒輪傳動和空間齒輪傳動，平面齒輪傳動可分為外嚙合、內(nèi)嚙合兩種。齒輪機構(gòu)傳動適應范圍很廣，它的直徑可以從幾十毫米到二十余米，傳動功率可以從幾瓦到幾十萬瓦，圓周速度可高達300m/s：齒輪傳動準確平穩(wěn)、承載能力高，使用壽命長。齒輪傳動的這些優(yōu)點使得齒輪在現(xiàn)代機械中應用非常廣泛。2.1.2 軸軸是齒輪箱的一個重要零件，機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件如齒輪、帶輪等都要安裝在軸上才能實現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運動。軸的功用包括兩個方面：支撐軸上的零件，并使其有確定的工作位置； 傳遞運動和動力。根據(jù)軸的承載情況，軸可分為：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動軸三類。工

13、作時既承受 彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸；用來支撐回轉(zhuǎn)零件，只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸；主要用來承受扭矩而不承受彎矩或彎矩很小的軸稱為傳動軸。根據(jù)軸線的幾何形狀，軸可分為直軸和曲軸。齒輪箱中使用的軸一般是轉(zhuǎn)軸。2.1.3 軸承滾動軸承是一種標準化基礎(chǔ)部件，它有多種類型和規(guī)格以適應不同工況的需要。滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。內(nèi)圈通常安裝在軸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈通常安裝在軸承座孔內(nèi)。內(nèi)、外圈具有溝形的滾道，滾動體沿著滾道滾動。保持 架可以使?jié)L動體等距離地分布在軸承內(nèi)。其內(nèi)部圖見圖3.1所示：輸入軸中間軸圖3.1齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看出，齒輪箱的傳動部分主

14、要是由兩對嚙合斜齒輪、輸入軸、中間軸和輸出 軸等零部件構(gòu)成，它們是由箱體和軸承支撐的。2.2 齒輪的數(shù)學模型2.2.1 一般共軻嚙合齒輪傳動的動力學方程在空間坐標系（）中，一個齒輪有六個自由度，即沿移動和繞這些軸的轉(zhuǎn)動，分別用表示相對這些軸的轉(zhuǎn)動角度，用分別表示沿這些軸的位移。這樣，一對嚙合的齒輪有十二個自由度，把對應于這些自由度的轉(zhuǎn)動角度、位移用一個向量的形式表示為:其中j=1,2,分別代表主動齒輪和從動齒輪。為研究一對齒輪嚙合振動，建立如圖2.1所示的坐標系。坐標圓點(j=1,2)，分別取在理想安裝的主、從動輪的質(zhì)心,(j=1,2)分別與每個齒輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，并設(shè)與相對應的單元矢量為設(shè)在

15、某一瞬間，同時有L點參與嚙合（對于線接觸齒輪，L代表同時嚙合的齒數(shù)；對于點接觸齒輪，L代表同時嚙合的點數(shù)），Pi（f=1L）是各嚙合點的載荷中心（對于線接觸齒輪， Pi是第i個同時嚙合齒輪的載荷分布中心），Pi點在坐標系的 位 置 用 矢 徑(j=1 , 2)表示。齒面上Pi點的單位法矢線在o1,o2坐標系中分別為,則由振動乙導致的只點的幾何變形可表示為:將式(2. 2)整理后的如下形式:設(shè)嚙合點Pi的單元嚙合剛度為，則點的法向力為:是pi點的輪齒單點嚙合剛度在Zj上的分配比例。由此，可將嚙合輪齒的剛度矩陣表示如下：也可以表示如下:為單點（齒）嚙合剛度。同理，阻尼矩陣為嚙合點的阻尼系數(shù)。設(shè)在

16、Pi 點輪齒間的綜合靜態(tài)傳遞誤差為，則由于綜合靜態(tài)傳遞所導致的輪齒嚙合點間的相互作用力為致的嚙合間的作用力向量為:,由于L點同時嚙合而導如果忽略軸和軸承的影響，根據(jù)牛頓第二定律得空間一對齒輪的運動微分方程 為：式（2. 8）是一個十二個變量的微分方程組，由于它是從齒輪嚙合的一般原理出發(fā)而建立 起來的，因此，它適用于漸開線齒輪、錐齒輪以及圓弧齒輪等齒輪傳動方式。一般情況下， 因為k是變化的，并且同時嚙合的點數(shù)（齒數(shù)）也是變化的，所以，它是一個變系數(shù)常數(shù)方程。2.2.2 齒輪振動的簡化模型和產(chǎn)生機理在工程實際中，分析和求解式 （2. 8）是一個相當復雜的過程，通常對齒輪傳動系統(tǒng)進行簡化，認為一個齒

17、輪振動系統(tǒng)是由齒輪的質(zhì)量、齒輪的彈簧剛度和傳動誤差組成，其簡化模型如圖2.2所示。在圖2.2所示的系統(tǒng)中，主要影響振動及其變化的是齒輪剛度和傳動誤差，而在惡劣工 而在惡劣工況下，主要影響振動的因素是傳動誤差。根據(jù)圖2. 2所示的簡化模型，可得到齒輪振動方程如下：這是一個扭振形式的運動微分方程，式中J1 , J2是主、從動齒輪的慣性矩;是主、從動齒輪的轉(zhuǎn)角（弧度）；W是齒輪齒面上法線方向的力為主、從動齒輪的基圓半徑；是主、從動齒輪單位齒寬上的扭矩。如果在中考慮摩擦力的影響，則重合度時，有:其中為嚙合齒間的動載荷，i表示嚙合輪齒編號，為齒面的摩擦系數(shù)，為 壓 力 角是節(jié)點到嚙合點的距離號表不：一為

18、主動齒輪齒根部嚙合，+為主動齒輪齒頂部嚙合。從式(2.10)和(2.11)可知，當齒輪的設(shè)計、制造和安裝確定，工作載荷、速度確定之后，各參量也都基本確定。隨著運轉(zhuǎn)時間的不斷延續(xù)，齒面惡化、損傷開始，發(fā)生變化的將主要另外，有些情況下摩擦系數(shù)也將會增大并產(chǎn)生影響。在正常潤滑條件下,值為0.040.08。齒輪動載荷是嚙合剛度和傳動誤差的函數(shù):為傳動誤差函數(shù)，剛度隨嚙合時間t和彈性變形量x而變化，它是t和x的函數(shù)設(shè)齒輪的等價質(zhì)量為略去的影響，并以阻尼D作為x的函數(shù),最后合并、代換(2. 9)-(2. 13),從而得到簡化的齒輪運動微分方程:因此，考察動載荷，最終歸結(jié)為輪齒剛度變化和傳動誤差變化的問題；

19、一定情況下，摩擦系數(shù)的影響也應考慮。2.2.3 齒輪載荷沖擊的周期性輪嚙合是間歇性的， 因此輪齒的承載是脈動的，每一輪齒從嚙入開始受載，嚙出停止受載；就齒面上某一點來講也是周期脈動的，它遵循赫芝應力分布，在接觸區(qū)壓力呈半圓形分布，壓力大小從零開始至最大再至零。最大尖峰載荷的頻率，即載荷脈動頻率為:上式中，r為載荷脈動周期，n為齒輪轉(zhuǎn)速，z為齒輪齒數(shù)。這一載荷脈動頻率就是齒輪嚙合頻率；相應地，嚙合剛度、傳動誤差引起的附加 載荷都是以這個頻率周期變化的。2.2.4 齒輪的傳動誤差假設(shè)齒廓為理想形狀，并且輪齒剛度為絕對剛性，兩個齒輪嚙合時，主動輪轉(zhuǎn)過角 度， 從動輪轉(zhuǎn) 過角度，如圖 2.3 所示的關(guān)

20、系是:兩個相嚙合的齒輪按照 圖2. 3齒輪傳動誤差這樣的關(guān)系均勻地回轉(zhuǎn)，但是實際齒輪不是絕對剛性的，而且由于各種因素，如齒輪制造誤差、齒面溫升、磨損等等，使得相嚙合的兩個齒輪相對角速度不均勻，從動輪產(chǎn)生角加速度。這時從動輪的轉(zhuǎn)角為：其中e12是從動輪轉(zhuǎn)角的相對偏差量，稱為傳動誤差，也叫嚙合誤差，它是一個綜合誤差。圖2.4是傳動誤差的曲線示意圖，其中含有隨輪齒變化的誤差和隨周節(jié)（轉(zhuǎn)速）變化的誤差，下兩條曲線是將這兩種成份分離出來的情形。這兩種誤差的基頻分別是齒輪嚙合頻率和齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻。軸的轉(zhuǎn)頻成份的誤差反映的是齒輪周節(jié)累積誤差，而嚙合頻率成份的誤差反映的是與齒形有關(guān)的誤差。齒輪運行狀態(tài)發(fā)生惡

21、化，直接反映在齒輪傳動誤差上，如齒輪軸的松動、偏心、局部齒根疲勞裂紋或斷齒等將影響傳動誤差的長周期（與轉(zhuǎn)頻相關(guān)）誤差成份；齒面發(fā)生過度磨損、膠合、點蝕等損傷時，傳動誤差的短周期（與齒輪嚙合頻率相關(guān)）成份加大，所有這些都使動載荷加大，振動也相應加大。2.2.5 輪齒的嚙合剛度從齒輪振動分析可以看出，輪齒的彈簧剛度的周期變化對齒輪嚙合振動的影響極大。輪齒彈簧剛度的周期變化使系統(tǒng)的平移和回轉(zhuǎn)振動具有相應的周期性波動，其振動能量經(jīng)軸、軸承傳到齒輪箱箱體上。直齒輪的嚙合剛度隨時間變化情況如圖2.5(a)所示；斜齒輪的情況如圖2.5(b)所示；與直齒輪相比，斜齒輪重合度大，其嚙合剛度波動較平緩，波形近似正

22、弦波。根據(jù)經(jīng)驗可知：在相同的精度和工況下，斜齒輪傳動的振動比直齒輪傳動的小，輻射的噪聲也較小。通常情況下輪齒的剛度是穩(wěn)定的，當齒根疲勞裂紋產(chǎn)生時， 在嚙合過程中輪齒剛度會發(fā)生瞬時的變動，產(chǎn)生一個低頻脈沖；當齒輪發(fā)生損傷時，如膠合、過度磨損等，輪齒副度也 將發(fā)生變化，這一變化也會在振動信號中反映出來。3、齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷判斷齒輪、軸、滾動軸承和箱體在工作時的狀態(tài)，判斷它們是否正常工作，從而判斷其狀態(tài)情況。3.1齒輪箱的振動測量1) 測點選擇以及布置位置齒輪箱故障診斷時測點的選擇是很重要的，一般在軸承座附近是最合適的。 在對齒輪箱進行故障診斷中，首先需要確定監(jiān)測齒輪箱的哪些部位，之后就是監(jiān)

23、測點的選擇問 題。選擇最佳的測點并采用合適的監(jiān)測方法是獲取設(shè)各運行狀態(tài)信息的重要條件。盡可 能避免多層相隔，以減少振動信號在傳遞過程中因中間環(huán)節(jié)造成的能量衰減；測量點必 須要有足夠的剛度。因為齒輪箱屬于非高速旋轉(zhuǎn)體，所以以測軸承的振動為主。為了保 持每次測定位置不變，最好的辦法是對各測點做出標記。真實而充分地監(jiān)測到足夠數(shù)量 的能夠客觀地反映設(shè)各運行工況的信號是診斷成功與否的先決條件，而測量點選擇的正 確與否，關(guān)系到能否對設(shè)備故障做出正確的診斷。另外，還應注意測定部位的表面應是光滑潔凈的，避免臟物對振動傳遞造成衰減。齒輪發(fā)生的異常是各種各樣的，發(fā)生最大振動的方向也各不相同，因此一般應盡可能地沿水

24、平、垂直和軸向三個方向進行測定。 本實驗根據(jù)前面的分析設(shè)計了測點的位置，如圖3.2所示：圖3.2齒輪箱測點布置示意圖如3.2圖所示，一共選取了六個測點，布置了六個加速度傳感器，測點具體如下：1測點：設(shè)在箱體輸入軸（一軸）的右軸承座處，測量垂直一軸的豎直平面振動。2測點：設(shè)在箱體中間軸（二軸）的右軸承座處，測量垂直一軸的豎直平面振動。3測點：設(shè)在箱體輸出軸（三軸）的右軸承座處，測量垂直一軸的豎直平面振動。4測點：設(shè)在箱體左側(cè)后齒輪（即與第二軸嚙合齒輪）處，測量垂直于中間軸的水平平面內(nèi)的振 動。5測點：設(shè)在箱體左側(cè)二軸軸承處，測量垂直于二軸的水平平面內(nèi)的振動。6測點：設(shè)在箱體上蓋左前側(cè)二軸軸承處，

25、測量垂直于二軸的豎直平面內(nèi)的振動。2）測量參數(shù)齒輪發(fā)生的振動中， 包含有固有頻率、齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率及輪齒嚙合頻率等成分，其頻帶較寬。對這種寬帶頻率成分的振動進行監(jiān)測與診斷時，一般情況下應將所測的振動按頻帶分級，然后根據(jù)不同的頻率范圍選擇相應的測量參數(shù)。通常在進行振動測定時選用加速度傳感器，再通過積分電路轉(zhuǎn)換或所需的測量參數(shù)。齒輪箱各齒輪的嚙合狀況如圖 3.3 所示，各齒輪的齒數(shù)：Z1 =30, Z2 =69, Z3=18, Z4 =81,故齒輪的傳動比為：第一級C1= 2.3,第二級C2 =4.5,總傳 動比 C =10.35。輸入軸6測*1測點中間軸5測點1測點2測點輸出軸3測點fr 25H

26、z齒輪箱中齒輪及軸的轉(zhuǎn)動頻率6。，其中n是齒輪軸的轉(zhuǎn)數(shù)；齒輪的嚙合頻率fm 晝fc16。，z是齒輪的齒數(shù)；齒輪的固有頻率2 m。輸入軸轉(zhuǎn)頻可直接通過計算變f2rf 中 r型 10.87Hz頻器的輸入值得到，即f2r 25HZ；中間軸轉(zhuǎn)頻為cl；輸出軸轉(zhuǎn)頻為,f2rfir 一匚 2.42HzCl c2; Z1 , Z2齒輪的嚙合頻率為fz fr z 750Hz ； Z3, Z4齒輪的嚙合頻率為 195.66Hz 。3.2系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件由四部分組成：傳感器、信號調(diào)理箱、轉(zhuǎn)接端子、A/D采集卡，結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示：6個加速度傳感器圖3.4系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成3.2.1 傳感器的功能在所選擇的測

27、點上安裝振動傳感器，來采集能表示齒輪箱運行狀況的振動信號。它的作用是把被測對象的機械振動量（位移、速度加速度）準確無誤地接受下來，并將此機械量轉(zhuǎn)換成電信號（電流或電壓）輸出或顯示出來。從能量的觀點來看，振動傳感器實現(xiàn)了將機械能到 電能的轉(zhuǎn)換。目前，在設(shè)備振動診斷中，壓電式加速度傳感器是應用最多，最普遍的一種傳感器，約占目前所使用的各種加速度傳感器的80%。它的許多特性是其他類型的傳感器不能達到或者不能取代的，這種傳感器在制造技術(shù)方面也相當成熟。本系統(tǒng)中所用的傳感器為美國PCB的產(chǎn)品，型號為608A11 ,如圖3.5所示：其主要參數(shù)指標：靈敏度：100mV/g,量程：50g pk,頻響：0.5-

28、10kHz ,寬帶噪聲：350ug,接頭類 型：頂端集成電纜加速度傳感器安裝在同步齒輪箱預先鉆好的螺孔內(nèi)，并要求定期的進行檢查傳感器是否松動，若發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象要及時擰緊，不然將影響檢測質(zhì)量。另外從控制柜引線 的端子要定期檢查，防止松動，以免影響控制系統(tǒng)的正常工作。圖 3.5 608A11根據(jù)所選擇測點位置， 將傳感器安裝固定好，再將由傳感器檢測出的信號通過電纜傳送到工作室，并用自制的信號調(diào)理儀進行濾波，放大等處理。3.2.2 信號調(diào)理箱的功能本系統(tǒng)信號調(diào)理箱的主要功能：a）對信號進行低通濾波、選頻和放大，振動信號的放大倍數(shù)是由 AD卡的數(shù)字I/O口控制的。通過AD卡的數(shù)字I/O端口在編程之前也應

29、該與模擬輸入端口 一樣進 行配置，由I/O 口傳出的數(shù)字量在調(diào)理箱里轉(zhuǎn)化為電壓值，從而對調(diào)理儀進行 控制，因此輸出電壓的范圍與截止頻率之間滿足一個線性關(guān)系，在編程中應對好1-100HZ截止頻率以及1倍、10倍、100吾三種放大倍數(shù)與各數(shù)字量之間的關(guān) 系。b）采用的共振解調(diào)技術(shù)，使 AD卡能直接采集到振動信號的共振解調(diào)信號。共振 解調(diào)技術(shù)能很好的識別軸承、齒輪的初期故障。3.2.3 轉(zhuǎn)接端子CB-68LP的功能基于采集卡在機箱內(nèi)部，使用不方便，故相配套一個轉(zhuǎn)接端子。3.2.4 A/D采集卡的功能美國NI公司的PCI6220數(shù)據(jù)采集卡有16路模擬輸入，如圖3.6所示，引腳如圖3.7所示。 其功能性能參數(shù)有：a）分表率：16-Bit,采樣率：250kS/s, 16路模擬輸入；b） 24路數(shù)字I/O; 32位計數(shù)器；c）數(shù)字觸發(fā)功能；d）相關(guān)的DIO （8時鐘,1MHZ）;e） NI-MCal校準支持；f） NI-DAQmx測試軟件和硬件配置程序支持；g） NIST-校準證書和多余70種的信號調(diào)理模塊選擇。圖3.6 PCI6220采集卡AID 及心。Ml ”30 Alii 川2流 MilA