論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機(jī)理及齒輪故障診斷方法(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機(jī)理及齒輪故障診斷方法一、齒輪嚙合頻率的機(jī)理由齒輪傳動(dòng)理論可知，漸開(kāi)線齒廓齒輪在節(jié)點(diǎn)附近為單齒嚙合，而在節(jié)線的兩邊為雙齒嚙合，嚙合區(qū)的大小則由重疊系數(shù)決定。因此，每對(duì)輪齒在嚙合過(guò)程中承受的載荷是變化的，從而引起齒輪的振動(dòng)，另外，一對(duì)輪齒在嚙合過(guò)程中兩齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度和摩擦力均在節(jié)點(diǎn)處改變方向，引起齒輪的振動(dòng).這兩者形成了嚙合頻率fz及其諧波Nfz，其計(jì)算式為:式中Z齒輪的齒數(shù)；n軸的轉(zhuǎn)速，。式中N自然數(shù)，1，2，3，。N=1稱(chēng)為基波，即嚙合頻率；N = 2，3，時(shí)，稱(chēng)為二次，三次諧波。嚙合頻率fz及其諧波Nfz的頻譜特點(diǎn)：初始狀態(tài)，嚙合頗率

2、的幅值最高，各次諧波的幅值依次減小(圖1的實(shí)線部分)；隨著齒輪磨損的增加，漸開(kāi)線齒廓逐漸受到破壞，使齒輪振動(dòng)加劇，此時(shí)嚙合頻率及其各次諧波的幅值逐漸增大，而且各次諧波幅值的增加比嚙合頻率快得多(圖中虛線所示)；磨損嚴(yán)重時(shí)，二次諧波幅值超過(guò)嚙合頻率幅值。 圖1 嚙合頻率及其諧波圖2 嚴(yán)重磨損時(shí)的嚙合頻率及其二次諧波由頻譜圖上嚙合頻率及其諧波幅值的增量可判斷出齒輪的磨損程度。嚙合頻率分析：（1）負(fù)載和嚙合剛度的周期性變化負(fù)載和嚙合剛度的變化可用兩點(diǎn)來(lái)說(shuō)明：一是隨著嚙合點(diǎn)位置的變化，參加嚙合的單一齒輪的剛度發(fā)生了變化，二是參加嚙合的齒數(shù)在變化。如漸開(kāi)線直齒輪，在節(jié)點(diǎn)附近是單齒嚙合，在節(jié)線兩側(cè)某部位開(kāi)

3、始至齒頂、齒根區(qū)段為雙齒嚙合。顯然，在雙齒嚙合時(shí)，整個(gè)齒輪的載荷由兩個(gè)齒分擔(dān)，故此時(shí)齒輪的嚙合剛度就較大；同理單齒嚙合時(shí)，載荷由一個(gè)齒承擔(dān)，此時(shí)齒輪的嚙合剛度較小。從一個(gè)輪齒開(kāi)始進(jìn)入嚙合到下一個(gè)輪齒進(jìn)入嚙合，齒輪的負(fù)載和嚙合剛度就變化一次，所以齒輪的負(fù)載和嚙合剛度周期性變化的頻率與齒輪旋轉(zhuǎn)頻率成整數(shù)倍關(guān)系。（2）節(jié)線沖擊的周期性變化齒輪在嚙合過(guò)程中，輪齒表面既有相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)。主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，主動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)從齒根移向齒頂，嚙合半徑逐漸增大，速度漸次增高；而從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)是由齒頂移向齒根，嚙合半徑逐漸減小，速度漸次降低。兩輪齒齒面在嚙合點(diǎn)的速度差異就形成了主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的相對(duì)

4、滑動(dòng)。在主動(dòng)輪上，齒根和節(jié)點(diǎn)之間的嚙合點(diǎn)速度低于從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)速度，因此滑動(dòng)方向向下；在節(jié)點(diǎn)處，因?yàn)閮奢喩系膰Ш宵c(diǎn)速度相等，相對(duì)滑動(dòng)速度為零。因此，摩擦力在節(jié)點(diǎn)處改變了方向，形成節(jié)線沖擊。由以上分析可知，從一個(gè)輪齒開(kāi)始進(jìn)入嚙合到下一個(gè)輪齒進(jìn)入嚙合，發(fā)生兩次節(jié)點(diǎn)沖擊，所以節(jié)線沖擊發(fā)生的頻率與齒輪旋轉(zhuǎn)頻率成整數(shù)倍關(guān)系。（3）齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其振動(dòng)頻譜上都含有嚙合頻率及其諧波分量。隨著齒輪的磨損，頻譜上的嚙合頻率及其各次諧波都會(huì)上升，即幅值增大。但值得注意的是，嚙合頻率高次諧波的幅值要比基波的幅值上升得快。嚙合頻率是齒輪振動(dòng)中比較突出的成分，它既是齒輪齒廓磨損的一個(gè)靈敏指標(biāo)，同時(shí)齒面上產(chǎn)生點(diǎn)蝕、剝落等

5、損傷也會(huì)在嚙合頻率及各次諧波成分上表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于一對(duì)新齒輪來(lái)說(shuō)，其頻譜的整個(gè)振動(dòng)能量水平較低，嚙合頻率的基波及其第二、三次諧波幅值依次減小。對(duì)于具有中等點(diǎn)蝕故障的齒輪，其頻譜隨著點(diǎn)蝕的增加，整個(gè)譜的水平都隨之增加，且嚙合頻率高次諧波幅值將超過(guò)基波。另一個(gè)特點(diǎn)是嚙合頻率的二次諧波兩邊的邊頻帶愈加豐富。當(dāng)齒面出現(xiàn)重度點(diǎn)蝕時(shí)，譜噪聲總量急劇上升，且嚙合頻率的諧頻延伸到七次以上。嚙合頻率分析也有其不足之處，它畢竟是眾多齒輪振動(dòng)能量的平均值，因此在局部輪齒呈現(xiàn)損傷時(shí)，其幅值的增長(zhǎng)就不那么明顯，只有大多數(shù)輪齒受到磨損或出現(xiàn)點(diǎn)蝕、剝落等損壞時(shí)才有明顯的增量。當(dāng)齒輪發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)常會(huì)發(fā)生調(diào)制現(xiàn)象而產(chǎn)生調(diào)

6、制波(調(diào)幅波和調(diào)頻波)，其載頻為嚙合頻率及其諧波或另一些高頻成分，而故障的振動(dòng)頻率即為調(diào)制信號(hào)。二、齒輪傳動(dòng)裝置故障基本形式對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置的零件失效情況的統(tǒng)計(jì)表明，齒輪和軸承的失效比重最大，分別為 60%和 19%。因此，就齒輪傳動(dòng)裝置的故障診斷而言，其重點(diǎn)是研究齒輪和軸承的失效機(jī)理和診斷方法。準(zhǔn)確地提取各種典型故障的特征是進(jìn)行齒輪傳動(dòng)裝置故障診斷的關(guān)鍵。根據(jù)提取的故障信號(hào)的特征，提出行之有效的診斷方法，這樣就為齒輪傳動(dòng)裝置智能診斷系統(tǒng)的研制打下良好的基礎(chǔ)。 2.1 齒形誤差 當(dāng)齒輪發(fā)生齒形誤差時(shí)，頻譜產(chǎn)生以嚙合頻率及其高次諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象，譜

7、圖上在嚙合頻率及其倍頻附近產(chǎn)生幅值小且稀疏的邊頻帶；解調(diào)譜上出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻階數(shù)較少，一般以一階為主。而當(dāng)齒形誤差嚴(yán)重時(shí)，由于激振能量較大，產(chǎn)生以齒輪各階固有頻率為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的齒輪共振頻率調(diào)制現(xiàn)象。 2.2 齒面均勻磨損 在齒輪齒面磨損失效中，當(dāng)屬于均勻磨損的性質(zhì)時(shí)，一般不形成輪齒齒形的局部大改變，其箱體振動(dòng)信號(hào)的特征也和齒形誤差不同，表現(xiàn)為嚙合頻率及其高次諧波的幅值明顯增大，但一般不產(chǎn)生明顯的調(diào)制現(xiàn)象。齒輪均勻磨損時(shí)由于無(wú)沖擊振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生，所以不會(huì)出現(xiàn)明顯的調(diào)制現(xiàn)象。當(dāng)磨損發(fā)展到一定程度時(shí)， 嚙合頻率及其各階諧波幅值明顯增大，而且階數(shù)越高，諧波增大的幅度越大。同時(shí)，振

8、動(dòng)能量有較大幅度的增加。 2.3 箱體共振 齒輪傳動(dòng)裝置箱體共振是一種嚴(yán)重的故障形式，一般是由于受到箱體以外的其它激勵(lì)的響，激發(fā)了箱體的固有頻率，形成共振。外部激勵(lì)一定是振動(dòng)能量較大的激勵(lì)源。 2.4 軸的彎曲 軸輕度彎曲時(shí)，在齒輪傳動(dòng)中將導(dǎo)致齒形誤差，形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率，以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象，如果彎曲軸上有多對(duì)齒輪嚙合，則會(huì)出現(xiàn)多對(duì)嚙合頻率調(diào)制。但一般譜圖上邊帶數(shù)量少而稀，它與齒形誤差雖有類(lèi)似的邊帶， 但其向振動(dòng)能量明顯加大。 軸嚴(yán)重彎曲時(shí)，時(shí)域有明顯的沖擊振動(dòng)，以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)，沖擊持續(xù)了整個(gè)周期的1/3以上，這與單個(gè)斷齒和集中型故障產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)

9、有明顯區(qū)別，這是軸嚴(yán)重彎曲造成的齒輪嚙合過(guò)程中連續(xù)多次沖擊振動(dòng)構(gòu)成的一次大的沖擊過(guò)程。當(dāng)沖擊能量很大時(shí)激勵(lì)起箱體的固有頻率，振幅很大。軸嚴(yán)重彎曲振動(dòng)能量很大，為一種嚴(yán)重故障，產(chǎn)生箱體共振調(diào)制現(xiàn)象。軸嚴(yán)重彎曲時(shí)，形成以嚙合頻率及其倍頻、齒輪固有頻率、箱體固有頻率為載波頻率，以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象，如果彎曲軸上有多對(duì)齒輪嚙合，則會(huì)出現(xiàn)多對(duì)嚙合頻率調(diào)制。譜圖上邊帶數(shù)量較寬，軸向振動(dòng)能量明顯加大。 2.5 斷齒 斷齒是齒輪失效的一種嚴(yán)重形式，也是常見(jiàn)的失效形式之一，其中多數(shù)斷齒為疲勞斷齒。斷齒時(shí)域表現(xiàn)為幅值很大的沖擊型振動(dòng)，頻率等于有斷齒軸的轉(zhuǎn)頻。而頻域上，在嚙合頻率及其高次諧波

10、附近出現(xiàn)間隔為斷齒軸轉(zhuǎn)頻的邊頻帶；邊頻帶一般數(shù)量多、幅值較大、分布較寬。解調(diào)譜中常出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻及其高次諧波，甚至出現(xiàn) 10 階以上。同時(shí)由于瞬態(tài)沖擊能量大，時(shí)常激勵(lì)起固有頻率，產(chǎn)生固有頻率調(diào)制現(xiàn)象。 2.6 軸不平衡 軸有較嚴(yán)重的不平衡時(shí)， 在齒輪傳動(dòng)中將導(dǎo)致齒形誤差，形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率，以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象，但一般譜圖上邊帶數(shù)量少而稀。但在譜圖中其有故障軸的轉(zhuǎn)頻成分明顯加大。 2.7 軸向竄動(dòng) 軸向竄動(dòng)也是齒輪傳動(dòng)裝置常見(jiàn)的一種故障形式。 此時(shí)，時(shí)域表現(xiàn)為頻率與有故障軸上相嚙合的兩對(duì)齒輪中較大的嚙合頻率相等，一周內(nèi)有正負(fù)各一次大的尖峰沖擊振動(dòng)，頻域中嚙合頻率

11、幅值明顯增大。2.8 軸承疲勞剝離和點(diǎn)蝕 在齒輪傳動(dòng)裝置中，滾動(dòng)軸承也是引起齒輪傳動(dòng)裝置故障的主要原因。滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的故障就是內(nèi)、外環(huán)和滾動(dòng)體出現(xiàn)點(diǎn)蝕和疲勞剝落。滾動(dòng)軸承內(nèi)外環(huán)及滾動(dòng)體疲勞剝落和點(diǎn)蝕后，在其頻譜中高頻區(qū)外環(huán)固有頻率附近出現(xiàn)明顯的調(diào)制峰群，產(chǎn)生以外環(huán)固有頻率為載波頻率，以軸承通過(guò)頻率為調(diào)制頻率的固有頻率調(diào)制現(xiàn)象。由于滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的振動(dòng)在傳動(dòng)箱中與齒輪振動(dòng)相比能量較小，解調(diào)譜中調(diào)制頻率幅值較小，一般只出現(xiàn)一階。 三、診斷方法在各種齒輪故障的檢測(cè)方法中，以振動(dòng)檢測(cè)為基礎(chǔ)的齒輪故障檢測(cè)方法具有測(cè)量簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)今齒輪故障檢測(cè)方法中較為有效的一種。振動(dòng)和噪聲信號(hào)是齒輪故障特征

12、信息的載體。目前能夠通過(guò)各種信號(hào)傳感器，放大器及其他測(cè)量?jī)x器，很方便地測(cè)量出齒輪箱的振動(dòng)和噪聲信號(hào)，通過(guò)各種分析和處理，提取其故障特征信息，從而診斷出齒輪的故障。齒輪正常運(yùn)行時(shí)，一般其振動(dòng)信號(hào)是平穩(wěn)信號(hào)，信號(hào)頻率成分有各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和齒輪的嚙合頻率等。以振動(dòng)與噪聲為故障信息載體來(lái)進(jìn)行齒輪的精密檢測(cè)，目前常用的信號(hào)分析處理方法有以下幾種：1) 時(shí)域分析法，包括時(shí)域波形、調(diào)幅解調(diào)、相位解調(diào)等；2) 頻域分析法，包括功率譜、細(xì)化譜；3) 倒頻譜分析法；4) 包絡(luò)分析法；5) 小波分析法在此僅針對(duì)齒輪振動(dòng)的特點(diǎn)介紹其中最常用的幾種分析方法:（1） 時(shí)域分析法包括時(shí)域波形、調(diào)幅解調(diào)、調(diào)相解調(diào)等。在狀態(tài)監(jiān)

13、測(cè)和故障診斷的過(guò)程中，我們常常會(huì)直接利用振動(dòng)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析并給出結(jié)果，這是最簡(jiǎn)單且最直接的方法，特別是當(dāng)信號(hào)中明顯含有簡(jiǎn)諧成分、周期成分或瞬時(shí)脈沖成分時(shí)更為有效。當(dāng)然這種方法要求分析人員具有比較豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。振動(dòng)時(shí)域波形是一條時(shí)間歷程的波動(dòng)曲線。根據(jù)測(cè)量所用傳感器類(lèi)型的不同，曲線的幅值可代表位移、速度或加速度。進(jìn)行波形分析時(shí)，主要采用如下特征量，也稱(chēng)示性指標(biāo)：（1）振動(dòng)幅值，振動(dòng)幅值包括峰值、有效值（均方根值）和平均幅值，其中峰值又分為零峰值和峰-峰值。（2）振動(dòng)周期與頻率，不同的故障源通常會(huì)產(chǎn)生不同頻率的機(jī)械振動(dòng)，因此頻率分析在故障診斷中占有十分重要的地位。（3）相位，在實(shí)際應(yīng)用中，相位

14、主要用于比較不同振動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，或確定一個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的振動(dòng)狀況。通常不同振源產(chǎn)生的振動(dòng)具有不同相位。（4）其它指標(biāo)為了有效描述復(fù)雜的振動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常使用一些示性指標(biāo)如：偏度、峭度，有時(shí)還需要利用一些無(wú)量綱示性指標(biāo)來(lái)完成診斷或進(jìn)行趨勢(shì)分析，如：峰態(tài)因數(shù)、波形因數(shù)、脈沖因數(shù)、峰值因數(shù)、裕度因數(shù)等無(wú)量綱示性指標(biāo)。它們的診斷能力由大到小依次為：峰態(tài)因數(shù)-裕度因數(shù)-脈沖因數(shù)-峰值因數(shù)-波形因數(shù)。（2） 頻域分析法頻譜分析包括功率譜、細(xì)化譜，是在頻域中對(duì)原信號(hào)分布情況的描述，通常能夠提供比時(shí)域波形更加直觀的特征信息。因此頻譜包括功率譜和幅值譜等）被廣泛用作為故障診斷的依據(jù)。頻譜可以通

15、過(guò)傅里葉變換的方式獲取。值得一提的是，機(jī)器振動(dòng)頻譜中，有些振動(dòng)分量雖然較大，但不隨時(shí)間而變化，對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)行也不會(huì)構(gòu)成什么威脅。相反有一些幅值較小，但增長(zhǎng)很快的頻率分量卻往往預(yù)示著故障的產(chǎn)生和發(fā)展，應(yīng)該引起足夠的重視。（3） 倒頻譜分析法齒輪振動(dòng)的頻譜通常主要表現(xiàn)為嚙合頻率及諧波的邊帶，這種邊帶的產(chǎn)生是齒輪軸的轉(zhuǎn)頻調(diào)制齒輪軸的嚙合頻率而產(chǎn)生。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，它們保持不變。齒輪出現(xiàn)故障時(shí)，邊帶的數(shù)目和幅值發(fā)生變化。如上所述，輪齒發(fā)生裂紋時(shí)，故障齒輪每轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生一次局部調(diào)制，由于齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多種調(diào)制現(xiàn)象可能同時(shí)存在，每種調(diào)制現(xiàn)象都會(huì)產(chǎn)生不同系列的等間隔周期頻譜。因?yàn)樗鼈兣c調(diào)制波源相關(guān)，這些

16、邊帶包含豐富故障診斷信息。根據(jù)利用FFT進(jìn)行時(shí)-頻域轉(zhuǎn)換的概念，可以將頻譜分析結(jié)果再次利用FFT技術(shù)轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的分析域中。這樣就形成了所謂的倒頻譜分析。倒頻譜具有檢測(cè)和分離頻譜中周期性成分的能力，會(huì)使原來(lái)譜圖上成族的邊頻譜線簡(jiǎn)化為倒頻譜上的單根譜線，從而使頻譜中的復(fù)雜周期成分變得清晰易辨，以利于故障診斷。這種方法的缺點(diǎn)是倒譜的幅值大小對(duì)裂紋長(zhǎng)度的發(fā)展不敏感，不易進(jìn)行故障定位。（4） 包絡(luò)分析法包絡(luò)分析就是提取負(fù)載在高頻信號(hào)上的低頻信號(hào)，從時(shí)域上看，為取時(shí)域波形的包絡(luò)軌跡。像具有齒輪、軸承等零部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷常常用到包絡(luò)分析。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承零部件有點(diǎn)蝕、剝落等損傷類(lèi)故障時(shí)，伴隨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)

17、這些故障會(huì)產(chǎn)生周期性脈沖沖擊力，激起設(shè)備的各階固有振動(dòng)。選擇沖擊激起的高頻固有振動(dòng)為研究對(duì)象，通過(guò)濾波將其從信號(hào)中分離出來(lái)，然后通過(guò)包絡(luò)檢波，提取出載附在其上的與周期脈沖沖擊力對(duì)應(yīng)的包絡(luò)信號(hào)，從其強(qiáng)度和頻次就可以判斷零件損傷的程度和部位。這種技術(shù)稱(chēng)為包絡(luò)解調(diào)，也稱(chēng)為早期故障探測(cè)法，它是判斷設(shè)備零件損傷類(lèi)故障的一種有效的手段。（5） 小波分析法小波變換作為一種新的數(shù)學(xué)理論和方法，己在不少領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 在振動(dòng)信號(hào)分析中，小波變換屬于一種多分辨率的時(shí)頻分析方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)，為非平穩(wěn)信號(hào)的分析提供了一個(gè)有價(jià)值的工具。實(shí)際應(yīng)用中常使用簡(jiǎn)單方便的二進(jìn)離散小波變換。從多分辨率分析的角度上看，小波

18、分解相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器和一個(gè)低通濾波器，每次分解總是把原信號(hào)分解成兩個(gè)子信號(hào)，分別稱(chēng)為逼近信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)，每個(gè)部分還要經(jīng)過(guò)一次隔點(diǎn)重采樣。如此分解N次即可得到第N層（尺度N上）的小波分解結(jié)果。 小波變換常以下面3種方法用于齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷分析：1）小波包能量譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)；2）邊帶識(shí)別；3）奇異點(diǎn)的模極大值及過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。 隨著小波分析技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)容量和運(yùn)算能力的飛速發(fā)展，最近人們開(kāi)始對(duì)連續(xù)小波變換應(yīng)用于故障診斷分析。連續(xù)小波變換能為基小波的選擇提供很大方便，當(dāng)己知需檢成分的特征時(shí)，就可以選取成構(gòu)造與之對(duì)應(yīng)的基小波，作連續(xù)小波變換來(lái)揭示這些成分的分布和大小。小波變換雖然是一種很好的信

19、號(hào)分析工具，但它仍然存在下面兩個(gè)問(wèn)題：（1）小波變換分析的結(jié)果不如傅立葉變換那樣直觀明了，需要分析人員具有一定的小波分析理論基礎(chǔ)進(jìn)行判斷，不宜于使用計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析和處理。（2）小波變換的核函數(shù)不是唯一確定的，需要根據(jù)工程應(yīng)用中的實(shí)際進(jìn)行選用。二、滾動(dòng)軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計(jì)算圖5滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)圖滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架口部分組成。圖示滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù)主要有：軸承節(jié)圓直徑D: 軸承滾動(dòng)體中心所在的圓的直徑；滾動(dòng)體直徑d: 滾動(dòng)體的平均直徑；內(nèi)圈滾道半徑: 內(nèi)圈滾道的平均半徑；外圈滾道半徑: 外圈滾道的平均半徑；接觸角: 滾動(dòng)體受力方向與內(nèi)外滾道垂直線

20、的夾角;滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z: 滾珠的數(shù)目。滾動(dòng)軸承的特征頻率:假設(shè)滾動(dòng)軸承工作時(shí)，滾道與滾動(dòng)體之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，在承受徑向、軸向載荷時(shí)各部分無(wú)變形，設(shè)內(nèi)圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為；外圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為；保持架回轉(zhuǎn)頻率（即滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率）。為分析軸承各部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，先做如下假設(shè):(1) 滾道與滾動(dòng)體之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；(2)內(nèi)圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為；(3) 外圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為；(4)保持架回轉(zhuǎn)頻率為(即滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率為)。則滾動(dòng)軸承工作時(shí)各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度如下:內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率： （n為軸的轉(zhuǎn)速）內(nèi)滾道上一點(diǎn)的速度為: 外滾道上一點(diǎn)的速度為: 保持架上一點(diǎn)的速度為：由此可得保持架的旋轉(zhuǎn)頻率（即滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率）為：?jiǎn)蝹€(gè)滾動(dòng)體在外滾道

21、上的通過(guò)頻率，即保持架相對(duì)外圈的回轉(zhuǎn)頻率為:單個(gè)滾動(dòng)體在內(nèi)滾道上的通過(guò)頻率，即保持架相對(duì)內(nèi)圈的回轉(zhuǎn)頻率為:從固定在保持架上的動(dòng)坐標(biāo)系來(lái)看，滾動(dòng)體與內(nèi)圈作無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)，它的回轉(zhuǎn)頻率之比與成反比。由此可得滾動(dòng)體相對(duì)于保持架的回轉(zhuǎn)頻率 (即滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)頻率，滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)滾道或外滾道的頻率) 。根據(jù)滾動(dòng)軸承的實(shí)際工作情況，定義滾動(dòng)軸承內(nèi)，外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為。一般情況下，滾動(dòng)軸承的外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，即：=0，=。同時(shí)考慮滾動(dòng)軸承有Z個(gè)滾動(dòng)體，則滾動(dòng)軸承的特征頻率如下：滾動(dòng)體在外圈滾道上的通過(guò)頻率為：滾動(dòng)體在外圈滾道上的通過(guò)頻率為：滾動(dòng)體在保持架上的通過(guò)頻率（即滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)頻率）為： 通過(guò)以上的推導(dǎo)可以

22、得到滾動(dòng)體的特征頻率即為：=三、風(fēng)電機(jī)組的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷離心風(fēng)機(jī)是企業(yè)生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益。在反映設(shè)備狀態(tài)的各種信號(hào)中，應(yīng)用最廣泛的是振動(dòng)信號(hào)，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量一般不會(huì)影響設(shè)備的正常工作，可在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中同步抓取設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)。離心風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)取得振動(dòng)信息，進(jìn)行全面的管理、分析和報(bào)警，對(duì)機(jī)組故障進(jìn)行早期診斷，從而及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地把握機(jī)組狀態(tài)，減少機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)。一、 測(cè)點(diǎn)布置該離心風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)與故障診斷系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示：注：A代表軸向，V代表垂直方向，H代表水平方向二、 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)組成

23、及其功能介紹21概述風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)硬件系統(tǒng)包括在線監(jiān)測(cè)站、綜合點(diǎn)檢儀、振動(dòng)加速度傳感器、企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及通訊電纜等構(gòu)成。生產(chǎn)系統(tǒng)共12臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y47311 NO 215D，配套電機(jī)型號(hào)：Y5001-6，電機(jī)功率：500kW。離心風(fēng)機(jī)每4臺(tái)1組，每2臺(tái)風(fēng)機(jī)共用l臺(tái)在線監(jiān)測(cè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總共需要6臺(tái)在線監(jiān)測(cè)站。根據(jù)機(jī)組現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求，總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。22系統(tǒng)主要硬件(1)在線監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)采集和調(diào)理現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的信號(hào)，具備以太網(wǎng)、無(wú)線、485等通訊方式，能適應(yīng)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，且系統(tǒng)具備u盤(pán)拷貝的功能。一個(gè)在線監(jiān)測(cè)站可同時(shí)接入l6路振動(dòng)量、8路工藝量,H2路轉(zhuǎn)速量信號(hào)，可對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行4通道同步循環(huán)采集。振動(dòng)兼容電壓、電流兩類(lèi)信號(hào)，并可以提供24V4mA的恒流源給ICP類(lèi)型的加速度傳感器。(2)綜合點(diǎn)檢儀基于WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，集振動(dòng)波形、頻譜、紅外測(cè)溫、手抄表等功能于一體，體積小、重量輕，極易操作和使用，是專(zhuān)業(yè)點(diǎn)檢人員的最佳檢測(cè)工具。(3)加速度傳感器加速度傳感器是把被測(cè)設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)最(加速度)準(zhǔn)確無(wú)誤地接受下來(lái)，并將此機(jī)械最轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓)輸出，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。根據(jù)傳感器工作特性，垂直安裝反應(yīng)是最靈敏的，且一般選擇離振源最近的位置，如軸承座進(jìn)行安裝。32軟件主要功能模塊(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)用于