優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)高速列車檢測與故障診斷分析及應(yīng)用

1、2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 課題名稱：高速列車檢測與故障診斷分析及應(yīng)用二、 指導(dǎo)老師：三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1、課題概述:隨著鐵路向高速、重載化發(fā)展，列車運(yùn)行控制、行車安全、運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷、列車故障檢修的快速高效性等問題變得更加重要。我國鐵路經(jīng)過六次大提速后，列車的運(yùn)行速度達(dá)到了前所未有的水平，隨之而產(chǎn)生的列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障的預(yù)防和故障發(fā)生后的快速排除等問題擺在了越來越重要的地位。本課題要求學(xué)生在已學(xué)的電力機(jī)車、車輛專業(yè)知識基礎(chǔ)上，使學(xué)生能更好的了解列車檢測與故障診斷對高速列車安全運(yùn)行的重要性和必要性，了解列車檢測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展情況及常用方法，加深理解列車檢測與故障診斷

2、系統(tǒng)在走行部（或牽引傳動系統(tǒng)）的具體應(yīng)用。通過此課題的進(jìn)行，對培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識，并利用其中的基本理論和技能來總結(jié)、研究本專業(yè)內(nèi)的相應(yīng)問題，培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)人員必須具備的基礎(chǔ)能力。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：（1）介紹高速列車檢測與故障診斷的現(xiàn)狀及發(fā)展情況（2）介紹高速列車檢測與故障診斷的作用及常用方法（3）介紹高速列車走行部（或牽引傳動系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)原理及典型故障分析（4）介紹高速列車走行部（或牽引傳動系統(tǒng)）的檢測與故障診斷方法的具體應(yīng)用（5）結(jié)論四、設(shè)計(jì)參考書 1、高速動車組工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 中國鐵道出版社2、列車故障在線診斷技術(shù)及應(yīng)用 國防工業(yè)出版社3、最新鐵路車輛檢修工藝與故

3、障在線診斷技術(shù)實(shí)用手冊 北方工業(yè)出版社4、動車組檢測與故障診斷技術(shù) HYPERLINK :/search.wl /search.aspx?index=3&q=%e8%a5%bf%e5%8d%97%e4%ba%a4%e9%80%9a%e5%a4%a7%e5%ad%a6%e5%87%ba%e7%89%88%e7%a4%be t _blank 西南交通大學(xué)出版社5、動車組構(gòu)造 西南交通大學(xué)出版社6、高速動車組概論 西南交通大學(xué)出版社五、設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容1、封面2、目錄3、內(nèi)容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)）6、結(jié)

4、束語7、附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等)六、 設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 第1周： 資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路。 第2-3周: 設(shè)計(jì)要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)。 第46周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成初稿。 第6-7周： 第一次檢查，了解設(shè)計(jì)完成情況。 第7周： 第二次檢查設(shè)計(jì)完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。第8周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及論文要求1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時(shí)，自述部分內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價(jià)。

5、答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制摘 要隨著鐵路向高速化發(fā)展，列車的運(yùn)行速度達(dá)到了前所未有的水平，列車一旦發(fā)生故障必定會帶來嚴(yán)重的后果，因此列車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷變得更加重要，

6、隨之而產(chǎn)生的列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障的預(yù)防和故障發(fā)生后的快速排除等問題也擺在了越來越重要的地位。列車故障診斷是識別列車運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，它研究的是列車運(yùn)行狀態(tài)在診斷信息中的反映，其研究內(nèi)容對列車運(yùn)行的識別診斷、對其運(yùn)行過程的檢測以及對其運(yùn)行發(fā)展的趨勢的預(yù)測。通過正確的故障識別，找出故障的正確位置，把需要修復(fù)或跟換的零部件隔離開來，避免事故發(fā)生和縮短維修時(shí)間。本文在結(jié)構(gòu)上分為四章，對我國高速列車檢測與故障診斷的發(fā)展情況，以及高速列車檢測與故障診斷的作用及技術(shù)進(jìn)行了闡述，主要對走行部的故障進(jìn)行了分析，重點(diǎn)對齒輪故障的常見形式及原因、其故障診斷的時(shí)域診斷分析和振動信號分析進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對齒輪簡易診斷

7、中的振平診斷法進(jìn)行了描述。關(guān)鍵詞：高速列車檢測 故障診斷 診斷原理ABSTRACTAlong with the development of the railroad train operation, high speed reached hitherto-unseen levels, train once failure will surely bring serious consequences, therefore the train operation state real time monitoring and testing, fault diagnosis become more

8、 important, subsequently and produce the train operation condition monitoring and fault prevention and fault occurred after rapid exclude are in an increasingly important position. Train fault diagnosis is recognition train running state science, it is the train operation status in diagnostic inform

9、ation of the reflection, its research content on the train operation recognition of the diagnosis, upon its operation process inspection and the operation of the trend of the development of the forecasts. Through the correct fault recognition, find fault in the correct position, the need to repair o

10、r follow change the parts of the isolated, avoiding accidents and shorten repair time. This paper is divided into four chapters in the structure of our country, high-speed train detection and fault diagnosis in the development situation, and high-speed trains detection and fault diagnosis of the fun

11、ction and technology is discussed, mainly to walk line department has analyzed the breakdown of gear fault, focusing on the common forms and reasons, its fault diagnosis of time-domain diagnosis analysis and vibration signal analysis were introduced, and the gear simple diagnosis of vibration flat d

12、iagnosis method is described. Keywords: High-speed train detection Diagnosis Diagnostic principle 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc281422492 第1章 高速列車檢測與故障診斷的發(fā)展情況 PAGEREF _Toc281422492 h 1 HYPERLINK l _Toc281422493 高速列車檢測發(fā)展?fàn)顩r PAGEREF _Toc281422493 h 1 HYPERLINK l _Toc281422494 故障診斷的診斷系統(tǒng) PAGEREF _T

13、oc281422494 h 1 HYPERLINK l _Toc281422495 第2章 高速列車檢測與故障診斷的作用及技術(shù) PAGEREF _Toc281422495 h 3 HYPERLINK l _Toc281422496 動車組診斷系統(tǒng)的作用 PAGEREF _Toc281422496 h 3 HYPERLINK l _Toc281422497 2.2 高速列車的故障診斷方式 PAGEREF _Toc281422497 h 3 HYPERLINK l _Toc281422498 列車故障診斷技術(shù) PAGEREF _Toc281422498 h 4 HYPERLINK l _Toc28

14、1422499 第3章 高速列車走行部的結(jié)構(gòu)原理及典型故障分析 PAGEREF _Toc281422499 h 11 HYPERLINK l _Toc281422500 3.1 走行部的結(jié)構(gòu)原理與輪對的檢測 PAGEREF _Toc281422500 h 11 HYPERLINK l _Toc281422501 齒輪的檢測與故障診斷 PAGEREF _Toc281422501 h 13 HYPERLINK l _Toc281422502 滾動軸承檢測及故障診斷 PAGEREF _Toc281422502 h 24 HYPERLINK l _Toc281422503 第4章 心得體會 PAGER

15、EF _Toc281422503 h 30 HYPERLINK l _Toc281422504 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc281422504 h 31第1章 高速列車檢測與故障診斷的發(fā)展情況發(fā)展?fàn)顩r故障檢測與隔離合稱為故障診斷，是指為故障識別、故障定位和確定故障原因所進(jìn)行的工作。對于機(jī)車車輛，特別是高速列車，需要經(jīng)常進(jìn)行定期診斷，而對與高速動車組，可以說離開快速而有效的檢測診斷，動車組就無法順利、有效地完成所承擔(dān)的運(yùn)輸任務(wù)。列車故障診斷是識別列車運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，它研究的是列車運(yùn)行狀態(tài)在診斷信息中的反映，其研究內(nèi)容對列車運(yùn)行的識別診斷、對其運(yùn)行過程的檢測以及對其運(yùn)行發(fā)展的趨勢的預(yù)測。由于

16、高速動車組發(fā)生故障會帶來嚴(yán)重的后果，因此必須在事故發(fā)生以前，利用先進(jìn)的裝備較早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防事故發(fā)生。動車組檢測與故障診斷系統(tǒng)對于高速動車組的安全起著重要的作用。鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著我國電氣化鐵路的迅速發(fā)展，鐵路行車安全性和可靠性日益成為重要的課題，而電力機(jī)車作為鐵路運(yùn)輸?shù)妮d體，其運(yùn)行的良好性對確保鐵路安全行車有著重要至關(guān)重要的作用。在我國，每年因機(jī)車運(yùn)行故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，同時(shí)，我國每年為保持機(jī)車車輛等設(shè)備正常運(yùn)行所花費(fèi)的維護(hù)費(fèi)用在鐵路運(yùn)輸經(jīng)費(fèi)中也占了很大的比重。因此，提高列車故障診斷水平，使機(jī)車故障診斷和維修工作更加高效而科學(xué)對鐵路安全行車有著非常重要的意義。雖然經(jīng)過我國科

17、研工作者幾十年的辛勤努力，我國機(jī)車車輛診斷技術(shù)取得了較大的進(jìn)步，但是與實(shí)際中的故障檢測需求相比仍有較大差距，目前我國機(jī)車車輛制造維修水平整體較低，特別是可靠性低，嚴(yán)重影響當(dāng)前的鐵路提速和“貨車重載、客車高速”戰(zhàn)略的實(shí)施。目前，無論是管理部門還是技術(shù)部門，都對開展機(jī)車車輛故障診斷的迫切性有所提高。的診斷系統(tǒng)故障診斷是通過正確的故障識別（檢查和檢測），找出故障的正確位置，把需要修復(fù)或跟換的零部件隔離開來，從而、大大縮短了維修過程，減少了維修停時(shí)。（1）診斷方式高速動車組應(yīng)用的診斷方式有3種：人工診斷、自動測試設(shè)備（ATE）診斷和機(jī)內(nèi)測試設(shè)備（BITE）的診斷。近年來，高速列車故障診斷方式把重點(diǎn)放在

18、機(jī)內(nèi)測試設(shè)備（BITE）的診斷上，也就是說，盡量完善高速動車組的車載檢測診斷系統(tǒng)，使之運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)了傳輸故障信息。自動測試設(shè)備（ATE）診斷一般在列車庫停和動車段檢修時(shí)使用，例如車輪的超聲波探傷、車輪磨損及外形的檢測等。（2）地面診斷系統(tǒng)地面故障診斷系統(tǒng)住往和維修信息系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上是一個完善的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的功能有：1）通過與列車的信息傳輸與交換直接得知列車的運(yùn)行狀態(tài)，并通過自身的軟件系統(tǒng)對信息進(jìn)行處析，對故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷給司機(jī)以警示和指令；2）也可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲設(shè)備將列車運(yùn)行中記錄下來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲人地面系統(tǒng)，可進(jìn)一步處理和分析從而做出高速動車組設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用和維修方面的重要決

19、策；3）地面故障診斷系統(tǒng)還包括外部診斷項(xiàng)目，主要有：輪對故障診斷、軸溫紅外線監(jiān)測和潤滑油的光譜和鐵譜診斷等：車載故障診斷系統(tǒng)4）列車進(jìn)入動車段和維修基地期間，所有的檢測數(shù)據(jù)都須輸入該系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出診斷，以便對高速動車組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的維修。（3）車載檢測診斷系統(tǒng)1）列車診斷中心列車診斷中心是整個列車的主診斷裝置，用于全列車技術(shù)狀態(tài)的分析和診斷。它通過列出總線獲取各節(jié)車輛的工作狀態(tài)和故障情況，然后進(jìn)行處理分析，做出判斷。診斷結(jié)果必須記錄和向乘務(wù)員顯示。在故障情況下還應(yīng)向乘務(wù)員提示有關(guān)的處理對策。列車診斷中心必須配備有顯示終端，并具有人機(jī)對話功能。乘務(wù)員可以與中心在終端“對話”。列車診斷中

20、心還應(yīng)具備無線通信功能，以便與地面調(diào)度中心通話和交換信息。列車診斷中心一般設(shè)在動力車上，如果前后動力車均設(shè)有列車診斷中心，則應(yīng)以前導(dǎo)動力車為主，成為整個列車的控制中心，后面的動力車診斷系統(tǒng)則成為車輛診斷裝置。2）車輛診斷裝置車輛診斷裝置包括動力車和拖車的診斷裝置，它們是車載診斷系統(tǒng)的一個子站。每個車輛診斷裝置通過車輛總線搜集本節(jié)車輛的數(shù)據(jù)和各個部件的診斷結(jié)果并進(jìn)行分析、記錄。第2章 高速列車檢測與故障診斷的作用及技術(shù)1. 提高動車組運(yùn)行的可靠性和安全性現(xiàn)代動車組是一種技術(shù)先進(jìn)、機(jī)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)裝備，采用 大量的現(xiàn)代電子原件和裝備，進(jìn)行著復(fù)雜的信息處理，因此要求這些裝備具有較高的可靠性。這種可靠性

21、的一方面通過電子裝備的可靠性來保證；另一方面則由檢測與故障診斷系統(tǒng)來提供。檢測與故障診斷系統(tǒng)可以迅速地識別和提示運(yùn)行中發(fā)生的故障，采取措施及時(shí)地排除故障，從而保證動車組可靠性運(yùn)行，并提高了列車運(yùn)營的安全性。2為動車組維修提供重要的依據(jù)現(xiàn)代動車組的檢測與故障診斷系統(tǒng)不但能夠在運(yùn)行中向乘務(wù)員提供列車的運(yùn)行狀況，故障級別，提車排除故障措施的建議，而且還能在運(yùn)行中將這些情況及時(shí)地向維修基地以前（例如提前1h）做好維修計(jì)劃，準(zhǔn)備好需要更換的配件。從而大大縮短了維修停時(shí)，提高了動車組的可用性。3可檢測、顯示、記錄、存儲和分析數(shù)據(jù)故障診斷系統(tǒng)在動車組運(yùn)行中檢測出故障，并將故障狀況、故障等級以及應(yīng)該采取的措施

22、建議顯示在顯示屏上，幫助司機(jī)處理故障；同時(shí)，還就運(yùn)行中發(fā)生的故障情況記錄下來，其中包括故障時(shí)間、位置，故障發(fā)生時(shí)有關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值及其變化情況，并存儲下來，供地面系統(tǒng)進(jìn)一步分析。4為動車組的改進(jìn)和發(fā)展提供依據(jù)故障診斷系統(tǒng)所積累的大量數(shù)據(jù)，不但成為維修的重要的依據(jù)，而且通過對這些數(shù)據(jù)的綜合分析，還能對動車組的綜合性能和各主要零部件的可靠性進(jìn)行評估，為動車組的改進(jìn)和發(fā)展提供重要的依據(jù)。2.2 高速列車的故障診斷方式高速列車故障診斷方式大致可以分為三種類型：人工診斷，應(yīng)用自動檢測設(shè)備進(jìn)行診斷，應(yīng)用機(jī)內(nèi)測試系統(tǒng)進(jìn)行診斷。1. 人工診斷對于某些產(chǎn)品的故障識別、故障定位及故障原因的查找，人們已經(jīng)積累了很多的

23、經(jīng)驗(yàn)，利用專業(yè)人員的這些豐富經(jīng)驗(yàn)，再根據(jù)人工檢查、人工測試設(shè)備的檢測來對故障進(jìn)行診斷。在過去電子技術(shù)還不發(fā)達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不發(fā)達(dá)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)未考慮測試性的年代，這種人工診斷方法是對產(chǎn)品進(jìn)行故障診斷的主要手段。盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在診斷技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)涌現(xiàn)了大量的自動測試設(shè)備和機(jī)內(nèi)測試診斷系統(tǒng)，但至今這種人工診斷方法仍然被采用，即使在世界上最先進(jìn)的機(jī)車車輛維修段也是如此。這是由于這種人工診斷方法，對于一些可達(dá)性好、故障檢測高或有經(jīng)驗(yàn)積累的零部件，通過嚴(yán)格的規(guī)程制定，能夠使診斷工作達(dá)到簡單可靠、滿足所規(guī)定的時(shí)間要求，而又具有最好的經(jīng)濟(jì)性。2應(yīng)用自動測試設(shè)備的診斷自動測試設(shè)備ATE的定義是：“自動進(jìn)行功能和（

24、或）參數(shù)測試、評價(jià)性能下降程度或隔離故障的設(shè)備”（GJB33851998）。這種設(shè)備不是被測裝置的組成部分，通常由計(jì)算機(jī)空著評定功能來完成診斷決策，盡量減少認(rèn)為介入。在機(jī)車車輛領(lǐng)域內(nèi)，采用這種設(shè)備進(jìn)行的診斷常常被稱為外部自動診斷。將被測裝置送到ATE處，即機(jī)車車輛開到ATE處進(jìn)行診斷，又稱為地面診斷，相應(yīng)的ATE稱為地面診斷設(shè)備或固定診斷設(shè)備。將ATE帶到被測裝備處，即ATE攜帶上車進(jìn)行檢測診斷的，稱為隨車診斷，相應(yīng)的ATE稱為隨車診斷設(shè)備。3應(yīng)用機(jī)內(nèi)測試設(shè)備的診斷機(jī)內(nèi)測試設(shè)備BITE的定義是：“完成機(jī)內(nèi)測試功能的設(shè)備”（GJB33851998）。機(jī)內(nèi)測試BIT的定義是：“系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)部提供的

25、檢測和隔離故障的自動測試能力”（GJB33851998），它為故障診斷或隔離提供了一種機(jī)載的、自動檢測能力，包括周期、連續(xù)地監(jiān)控被測裝備的運(yùn)行狀況、維修前的觀測和診斷等?，F(xiàn)代機(jī)車車輛，特別是高速動車組，其復(fù)雜性不言而喻，要求BITE具有常規(guī)檢測設(shè)備和技術(shù)所不能做到的檢測和隔離故障的能力，而且其本身應(yīng)具有很高的可靠性和可信賴性。一個設(shè)計(jì)精良的BITE系統(tǒng)能夠在高速列車運(yùn)行中指出和隔離列車不見所發(fā)生的故障，通過信息傳輸系統(tǒng)提前通知維修段，以便做好維修計(jì)劃，在列車庫停時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的維修作業(yè)，從而節(jié)省為完成這些維修工作所需要的計(jì)劃停時(shí)。在高速列車和動車組中，都設(shè)置了完善的、微機(jī)控制的故障診斷系統(tǒng)（B

26、ITE），并且這種BITE正逐漸向人工智能化發(fā)展，因此，高速動車組的主要零部件工作狀況的連續(xù)監(jiān)測和故障診斷，基本上都由內(nèi)部的微機(jī)控制診斷系統(tǒng)來完成的。例如德國ICE高速動車組就有一個完善的內(nèi)部診斷系統(tǒng)。技術(shù)1振動診斷技術(shù)振動診斷是對正在運(yùn)行的機(jī)械裝備或給靜止?fàn)顟B(tài)的系統(tǒng)以人工激勵，測其振動相應(yīng)，對得到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將結(jié)果與事先制訂的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而判斷出是否存在損壞或裂紋。在機(jī)車車輛中，常常應(yīng)用振動診斷技術(shù)來檢測和隔離電機(jī)、泵、柴油機(jī)、渦輪機(jī)、壓氣機(jī)、軸系、齒輪箱、滾動軸承等，由于疲勞、磨損、不平衡、不對中、松脫、老化等引起的故障。振動診斷技術(shù)應(yīng)該包括：振動信號的采集，振動信號的

27、分析處理，故障的識別，故障預(yù)報(bào)。振動診斷的方法是要測量被測裝備上的振動量，然后應(yīng)用振動分析技術(shù)來分析其振動特性多的變化。振動信號的分析方法主要有：(1) 幅值分析法幅值分析法是分析振動信號的特征參數(shù)，這些參數(shù)有均值、均方根值、最大值、最小值和絕對平均值等。這些參數(shù)雖然對故障診斷有一定的作用，但它們會隨工況（負(fù)載和速度）的變化而變化，從而存在著對故障不夠敏感，難于區(qū)分的缺點(diǎn)。因此，人們又引入了無量綱幅域參數(shù)，諸如波形、峰值、脈沖、裕度和峭度系數(shù)等。這些系數(shù)對故障有足夠的靈敏度，而且對信號幅值、頻率的變化不敏感，因而在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。(2) 頻域分析法頻域分析的基礎(chǔ)是頻譜分析，即分析動態(tài)信號

28、的幅值、相位、功率和能量隨頻率的變化關(guān)系。頻譜分析主要包括功率譜密度函數(shù)分析、細(xì)化譜分析、沖擊響應(yīng)譜分析、最大熵譜分析和全息譜分析等。由于信號頻率結(jié)構(gòu)對故障的發(fā)生、發(fā)展的敏感度，因此頻域分析在振動信號處理中得到了最廣泛的應(yīng)用。(3) 相關(guān)分析法相關(guān)分析主要是應(yīng)用相關(guān)系數(shù)和相關(guān)函數(shù)來進(jìn)行分析，即利用相關(guān)函數(shù)來研究兩個信號之間的相關(guān)性和依賴性。不同的信號具有不同的相關(guān)函數(shù)。相關(guān)函數(shù)分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)不包含信號的相位信息，只存在著單一的量值關(guān)系。自相關(guān)函數(shù)是隨機(jī)振動分析中的一個重要參量?；ハ嚓P(guān)函數(shù)則包含著相位信息，他的大小直接反應(yīng)所研究的兩個信號之間的相關(guān)性，因而有很多的應(yīng)用。(

29、4) 時(shí)序分析法時(shí)序分析是對按照時(shí)間序列排列的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理與分析，是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和系統(tǒng)分析相結(jié)合的一種數(shù)學(xué)方法。它一方面可以對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析，另一方面還可以對系統(tǒng)的未來狀況和趨勢進(jìn)行預(yù)報(bào)和控制。機(jī)械故障診斷的時(shí)序分析法就是在裝備運(yùn)行過程中，首先選定恰當(dāng)?shù)脑\斷參數(shù)，然后建立一個時(shí)序模型，通過對時(shí)序模型的相應(yīng)判斷來診斷裝備狀態(tài)的變化。這種方法在很多情況下能可靠地診斷出裝備的異常狀況。(5) 特征分析法特征分析主要是根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝備在轉(zhuǎn)速變化和某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，各重要部位振動量值的大小來進(jìn)行特征的描述。一般選用的自變量不同，特征分析有如下幾種方法：功率譜分析、階比譜分析、跟蹤譜分析、坎貝爾圖

30、譜分析、轉(zhuǎn)速譜陣分析、時(shí)間譜陣分析等。特征分析的目的在于把眾多的特征分量（頻率）從復(fù)雜的信息中識別出來，研究和分析它們的變化特征，從而判別裝備運(yùn)行狀態(tài)是否正?！，F(xiàn)代，振動診斷技術(shù)發(fā)展很快，在裝備的故障診斷中得到十分廣泛的應(yīng)用。由于其方便、可靠，常常應(yīng)用于裝備故障的預(yù)報(bào)。振動量有三種，分別為位移（振幅）、速度和加速度。因此在振動診斷時(shí)，首先要確定測量哪一個振動量，采用什么測量裝置，然后才能確定采用什么分析技術(shù)來分析處理輸出信號。一般來說，位移傳感器在低頻時(shí)比較靈敏；速度傳感器在中頻地帶比較靈敏；加速度傳感器在高頻區(qū)域比較靈敏。振動信號的強(qiáng)度與傳感器的安裝方向和安裝緊度程度關(guān)系很大。2聲診斷技術(shù)從

31、廣義上來說，聲音也是振動的一種方式。聲診斷技術(shù)是利用聲學(xué)的原理進(jìn)行故障診斷的技術(shù)。主要有：聲和噪聲診斷、聲發(fā)射診斷和超聲波診斷。(1) 聲和噪聲診斷法 聲和噪聲診斷是根據(jù)裝備在運(yùn)行中發(fā)出的聲和噪聲來判斷其是否發(fā)生故障的技術(shù)，當(dāng)裝備的零部件發(fā)生磨損、變形、裂紋等物理變化時(shí)，其聲音信號的特性就會發(fā)生變化，裝備發(fā)出的聲音通過送話器和傳聲器把聲音送到放大器放大后直接讀數(shù)或進(jìn)行信號處理，也可以記錄、存儲后再進(jìn)行處理，可以對信號進(jìn)行頻譜和倒頻譜、頻率和倒頻率分析，從而判斷裝備是否發(fā)生故障。聲和噪聲診斷的方法主要有：主觀評估法、近場測量法、表面振速測量法、頻譜分析法和聲強(qiáng)法等。(2) 超聲波診斷法超聲波是頻

32、率高于20kHz的聲波，它不引起人的聽覺反映，它是超聲頻率的機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的一種傳播過程。超聲波的產(chǎn)生可以采用機(jī)械、熱、電動力、磁致伸縮和壓電的方法，它的波長很短，近似于直線傳播。高頻超聲波能形成很窄的波束，從而具有定向性。超聲波診斷主要用于零件的探傷和側(cè)厚。在探頭中由電振蕩產(chǎn)生的超聲波入射到零件后，若遇到缺陷就會反射、散射和衰減，再經(jīng)過探頭接受后變成電信號，進(jìn)行放大顯示后，通過分析來確定缺陷的部位、大小和性質(zhì)，并由相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范判定缺陷的危害程度。超聲波診斷方法主要有：共振法、穿透法、夜浸法等。(3) 聲發(fā)射診斷法裝備零部件的材料和結(jié)構(gòu)在內(nèi)外力的作用下會產(chǎn)生變形或裂紋，此時(shí)裝備會以彈

33、性波的形式釋放出應(yīng)變能，這種現(xiàn)象稱之為聲發(fā)射，也稱為應(yīng)力波發(fā)射。各種材料聲發(fā)射的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻到超聲頻，但大多數(shù)的金屬（如鋼、鐵等）的聲發(fā)射頻帶都在超聲范圍內(nèi)。聲發(fā)射診斷是采用聲發(fā)射探頭將聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波轉(zhuǎn)變成電信號，然后進(jìn)行放大和處理，從而得到一些聲發(fā)射的特征參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)即可推測材料內(nèi)部聲發(fā)射源的特征和狀態(tài)，如果采用多通道系統(tǒng)，還可以確定聲發(fā)射源，即缺陷的具體部位。聲發(fā)射診斷具有很高的靈敏性，能夠檢測到微米數(shù)量級的顯微裂紋變化。如果采用多通道探頭，則可以在一次試驗(yàn)中大面積地診斷出缺陷的分布以及危害性，這是常規(guī)無損檢測方法所難以做到的。聲發(fā)射診斷方法主要用于診斷零部件因

34、塑性變形、疲勞、應(yīng)力和磨損而產(chǎn)生的裂紋及其發(fā)展。由上述可以得知，聲和噪聲診斷法及聲發(fā)射診斷法具有對被測物可達(dá)性要求低，可以遙控檢測，測量系統(tǒng)設(shè)置迅速的特點(diǎn)；超聲波診斷法具有定向性好，測量精度較好的優(yōu)點(diǎn)。但它們又都具有測量會受到無關(guān)噪聲干擾，分析結(jié)果比較困難的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代，聲診斷技術(shù)在機(jī)車車輛中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，例如輪對的超聲波探傷已經(jīng)成為機(jī)車車輛維修中必不可少的診斷程序。3紅外線診斷技術(shù)紅外線是太陽光譜中紅光外的不可見光，其波長范圍相當(dāng)寬，為0751000um。紅外線診斷技術(shù)實(shí)質(zhì)上是紅外線測溫技術(shù)。由于裝備發(fā)生故障絕大部分都直接或間接與溫度的變化有關(guān)因此紅外線測溫技術(shù)可以被用來故障診斷。目

35、前，紅外線測溫儀器很多，有測定溫度的，有只對溫度場成像的，也有既可成像又可實(shí)時(shí)顯示溫度值的。根據(jù)用途可將紅外線診斷技術(shù)分為：紅外線測溫技術(shù)和紅外線成像計(jì)術(shù)。(1) 紅外線測溫技術(shù)由紅外線輻射的基本定律可知，被測物體表面的輻射系數(shù)為常數(shù)時(shí)，它的輻射功率與其絕對溫度的4次方成正比。因此物體表面溫度的檢測就變成對其輻射能量的檢測，通過紅外線輻射能量的測量再經(jīng)過黑體標(biāo)定，就能夠確定被測物體的溫度。紅外線測溫與傳統(tǒng)的接觸測溫不同，它是非接觸測溫，而且測溫速度快，測溫范圍寬，靈敏度高，對被測溫度場無干擾，可動態(tài)測溫和遠(yuǎn)距離測溫。(2) 紅外線成像技術(shù) 紅外線成像技術(shù)是將被測物體的紅外線輻射轉(zhuǎn)換為可見圖像，

36、從而使人們的視覺范圍擴(kuò)展到紅外線譜段。紅外線成像技術(shù)分為兩類：光機(jī)掃描熱成像技術(shù)(紅外線熱像儀)和熱釋電攝像管熱成像技術(shù)(紅外線熱電視)。前者將紅外線輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚集到探測器上，并將輻射通量按照時(shí)間順序排列，探測器將紅外外線輻射變成電脈沖信號，通過視頻信號處理送到顯示器顯示出熱像；后者是將紅外線輻射送入熱釋電攝像管，到達(dá)以熱釋電材料做成的靶面上，釋放出熱釋電流，經(jīng)處理形成電壓信號，視頻放大后送人顯示器，顯示出熱像。紅外線測溫技術(shù)除在現(xiàn)代軍事上有著廣泛的應(yīng)用外，在國民經(jīng)濟(jì)各部門也有著大量的應(yīng)用。由于它是遙測、遙感的非接觸測量方式可用于高溫、高壓、高電壓、高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的各種檢測。從20世紀(jì)70

37、年代開始，紅外線軸溫檢測技術(shù)在我國機(jī)車車輛上廣泛直用。紅外線軸溫檢測技術(shù)是一種不停車一情況下測軸溫的技術(shù)，利用列車運(yùn)行中軸箱發(fā)射的紅外線輻射來發(fā)現(xiàn)熱軸的故障。在鐵路兩側(cè)，每隔80 km安裝。紅外線軸溫探測器，紅外線探頭中的光學(xué)系統(tǒng)將機(jī)車車輛軸箱的紅外線輻射聚集到紅外線探測元件上，將其轉(zhuǎn)換為電脈沖信號經(jīng)過放大處理后進(jìn)行顯示、存儲。軸的溫度越高，輸出的電脈沖信號越大。一旦有熱軸信息，就會將熱軸所處的車輛位數(shù)、位置準(zhǔn)確地通知現(xiàn)場。另外，在重要的旅客列車上安裝軸溫在線監(jiān)測系統(tǒng)，每個軸箱上均安裝了溫度傳感器，可以采用熱敏電阻，把溫度信號變成電信號，經(jīng)處理后顯示出軸承的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行中對軸溫的在

38、線監(jiān)測。新一代的紅外線軸溫檢測和監(jiān)測裝置已經(jīng)采用微機(jī)信號處理技術(shù)，對運(yùn)行中的列車故障信息自動處理，通過多種傳輸方式將測得的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇靥栔行幕蚋浇囌疽约斑\(yùn)行的列車上。所測信息全部采用數(shù)字顯示，能自動識別滾動軸承和滑動軸承，并有計(jì)軸計(jì)輛裝置，一旦檢測出危及行車安全的故障，則立即自動報(bào)警，以便及時(shí)采用措施，防止事故的發(fā)生。4潤滑油分析技術(shù)潤滑油分析技術(shù)不僅限于對潤滑油本身理化性能(如黏度、酸度和水分等)的化驗(yàn)和評定，而更重要是對潤滑油內(nèi)所含韻機(jī)械磨屑和其他微粒進(jìn)行定性和定量測量與分析，從而得到摩擦副的磨損狀況及系統(tǒng)污染程度等方面的重要信息。潤滑油分析技術(shù)除常規(guī)化驗(yàn)外，主要有潤滑油光譜分析和鐵

39、譜分析。(1) 發(fā)射光譜分析發(fā)射光譜分析是利用物質(zhì)受高壓電(15 kV)激發(fā)后，發(fā)出特定光譜的性質(zhì)來判定某種元素是否存在，然后根據(jù)這些元素發(fā)射出的光譜強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，得出元素的濃度值。這種方法操作簡便、分析速度快、測量精度高、靈敏度好。但其缺點(diǎn)是設(shè)備(如美國Baird公司的MOA直讀發(fā)射光譜儀)價(jià)格昂貴所得結(jié)果不能給出磨屑的外形、尺寸等信息，不能反映磨屑產(chǎn)生的原因。而且這種方法只適用于懸浮在油液中小于10um的磨屑，而對于磨損嚴(yán)重的較大顆粒磨屑則無能為力。吸收光譜分析是將分析油樣送人燃燒器霧化，其中各種磨屑微粒被原子化，而處于吸收狀態(tài)。另外，采用一種能發(fā)出不同元素波長的光源（空心陰極燈），當(dāng)

40、它發(fā)出的射線穿過燃燒器的火焰時(shí)，就被相應(yīng)磨屑微粒元素的原子吸收其吸收量正比于該元素的濃度。通過標(biāo)定就能夠準(zhǔn)確地測出其濃度值。這種方法的測量精度較高，而且消除了周圍環(huán)境的干擾。一般說來，這種方法每測量一種元素就需要更換相應(yīng)的光源，比較麻煩。目前已有雙束光、多通道的吸收光譜分析儀，可以一次分析多種元素，而且將油樣直接送入燃燒器，克服了原來方法的不足。潤滑油光譜分析技卞由于操作簡便、分析速度快、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，我國鐵路20世紀(jì)80年代曾從美國Baird公司購置了大批的發(fā)射光譜分析儀，在各個鐵路局均設(shè)置了潤滑油光譜分析中心(站)潤滑油光譜分析技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)車車輛故障診斷技術(shù)的重要手段

41、。(2) 鐵譜分析技術(shù)鐵譜分析技術(shù)是利用磁場來分離和診斷潤滑油樣中的磨屑微粒，從而分析和判斷機(jī)械裝備摩擦副的磨損情況。當(dāng)油樣通過鐵譜儀的高強(qiáng)度、大梯度的磁場時(shí)，油樣中的微粒在譜片上迅速、有序地沉積。沉積的規(guī)律受微粒的尺寸、形狀、密度、磁化率和油的物理性質(zhì)等的影響。然后通過光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡或X射線能譜儀對譜片進(jìn)行分析，由磨屑的形態(tài)、大小、成分、濃度和粒度分布等分析出裝備的磨損狀況。根據(jù)對磨屑分析和處理方法的不同鐵譜分析儀之分為：分析式、直讀式、氣動式、在線式鐵譜分析儀等。鐵譜分析技術(shù)比較簡單實(shí)用我國自行研制和生產(chǎn)了許多鐵譜分析儀，在鐵路機(jī)車車輛上得到了大量應(yīng)用。它不但能夠分析出磨屑的成分和

42、濃度，而且還能夠根據(jù)磨屑的形狀、顏色和粒度分布等來分析和判定磨損的原因和部位還可在線監(jiān)測。鐵譜分析技術(shù)的缺點(diǎn)是只適用于尺寸大于1um的磨屑顆粒分析，對于非磁性材料則無能為力。由上述分析可以看出潤滑油光譜分析和鐵譜分析技術(shù)各有特點(diǎn)，在實(shí)際使用中可相互補(bǔ)足。例如光譜分析對0011um的磨粒分析效率最高；而鐵譜分析在粒度為11 000 um級時(shí)，分析效率可達(dá)l00。因此兩種技術(shù)綜合使用，則會增強(qiáng)潤滑油分析的診斷范圍和深度。5性能趨向診斷性能趨向診斷是通過對性能參數(shù)劣化趨勢的監(jiān)測，而對裝備進(jìn)行故障診斷。這種診斷方法已經(jīng)應(yīng)用了幾十年， 是一種傳統(tǒng)的故障診斷方法。性能參數(shù)的劣化趨勢是指性能參數(shù)(例如壓力、

43、溫度等作為因變數(shù))隨另外的參數(shù)(例如時(shí)間等作為自變數(shù))向壞方向的變化趨勢。可以表征性能的主要參數(shù)有：長度、質(zhì)量、時(shí)問、電流、溫度、光強(qiáng)等；由這些參數(shù)推導(dǎo)出的參數(shù)：力、壓力、功、能量、功率、電荷、電位差、電阻、電容、電感和導(dǎo)熱率等；以及由這些參數(shù)推導(dǎo)出的函數(shù)關(guān)系：燃油消耗率、力矩、沖量、流量等。高速動車組常用的診斷技術(shù)有：電機(jī)、電器的診斷、電子控制設(shè)備的診斷，振動診斷，聲診斷，紅外線診斷，潤滑油分析和性能趨向檢測等。診斷技術(shù)不只包括硬件設(shè)備，更重要的是軟件系統(tǒng)，特別是人工智能和專家系統(tǒng)。第3章 高速列車走行部的結(jié)構(gòu)原理及典型故障分析 走行部的結(jié)構(gòu)原理與輪對的檢測3.1.1 走行部的結(jié)構(gòu)走行部(r

44、unning gear)是機(jī)車車輛及動車組在牽引動力作用下沿線路運(yùn)行的部分。它是機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)中重要的部件。鐵路車輛發(fā)展的初期，載重量小，容積也不大，一般采用二軸車的結(jié)構(gòu)形式，車輛直接安裝在車體下方，稱為無轉(zhuǎn)向架車輛。隨著車輛載重量的增大，一般多采用轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)向架是將兩個及其以上輪對通過專門的構(gòu)件組成的一個整體部件。作用1) 保證車輛靈活、安全平順地沿鋼軌運(yùn)行和通過曲線；2) 可靠地承受作用于車輛各種力量并傳給鋼軌；3) 緩和車輛和鋼軌的相互沖擊，減少車輛振動，保證足夠的運(yùn)行平穩(wěn)性和良好的運(yùn)行質(zhì)量；4) 具有可靠的制動機(jī)構(gòu)，使車輛具有良好的制動效果。2. 組成由于車輛的用途、運(yùn)行條件、

45、制造和檢修能力等因素的不同，轉(zhuǎn)向架的類型很多，結(jié)構(gòu)各異。一般轉(zhuǎn)向架主要由輪對、側(cè)架和搖枕、軸箱油潤裝置、彈簧減振裝置、基礎(chǔ)抽動裝置所組成（圖3.1）。圖3.1 轉(zhuǎn)向架的組成3. 輪對由一根車軸和兩個車輪壓裝成一體。在車輛運(yùn)行過程中，車輪和車軸之間不容許有相對位移。輪對（圖3.2）承受著車輛的全部重量，且在軌道上高速運(yùn)行時(shí)還承受著從車體、鋼軌兩方面?zhèn)鱽淼钠渌鞣N作用力。輪對的質(zhì)量直接影響列車運(yùn)行安全，因此對它的制造、檢修均有嚴(yán)格規(guī)定。圖3.2 輪對鐵路車輛用的車軸根據(jù)所用的軸承型式，可分為滑動軸承車軸（又稱滑動車軸）和滾動軸承車軸（又稱滾動車軸）。車軸絕大多數(shù)是圓截面實(shí)心軸。車軸端部設(shè)有螺紋，以

46、便安裝緊定型螺母，限制軸承內(nèi)圈外移。輪座車軸的最粗部分，是壓裝車輪的地方。軸頸安裝軸承，它負(fù)擔(dān)著車輛重量，并傳遞各方向的靜、動載荷。軸身車軸中央部分，該部位受力較小。鐵路車輛車輪的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材質(zhì)是多種多樣的。按其用途可分為客車用、貨車用、機(jī)車用車輪，按其結(jié)構(gòu)分有整體輪與輪箍輪。輪箍輪又可分為鑄鋼輻板輪心、輾鋼輻板輪心及鑄鋼輻條輪心的車輪。整體輪按其材質(zhì)又可分為輾鋼輪、鑄鋼輪等。為降低噪聲、減小簧下質(zhì)量，國外還采用彈性車輪、消音車輪、起皺輻板車輪等新型車輪。無論任何形式車輪，與鋼軌直接接觸的部分主要是輪緣和踏面。1踏面：是車輪與鋼軌頭部的接觸面。在踏面上設(shè)有1：20的斜坡，能使車輛的重心

47、落在線路中心線上，以克服和減輕車輛的蛇行運(yùn)行，并順利地通過曲線。2輪緣：是車輪踏面內(nèi)側(cè)突起的部分。其作用是引導(dǎo)車輪的運(yùn)行方向，防止車輪脫軌，保證車輛安全運(yùn)行。3.1.2 輪對的檢測與故障診斷輪對是機(jī)車走行部重要的部件之一，在運(yùn)行的機(jī)車車輛中，輪對直接受軌道的沖擊作用，是工作條件最惡劣的部件，也是機(jī)車走行部最容易出故障的部件。輪對部分的故障常常是車輛系統(tǒng)和運(yùn)行線路系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)發(fā)生惡化的原因。輪對故障的基本形式1. 輪對踏面擦傷對于輪對部分來說，車輪的踏面擦傷是系統(tǒng)易發(fā)故障。踏面擦傷后不僅使乘坐舒適度惡化、噪聲影響鐵路沿線，而且還加劇了車輛與軌道之間的沖擊振動，甚至產(chǎn)生“砸軌”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致鋼

48、軌斷裂；輪、軌間沖擊加大后，還會破壞軸承，使軸承保持架折斷或損傷滾道和滾子，危及行車的安全。車輪踏面擦傷的形成主要與軸重、車速、制動力及軌面干濕狀況有關(guān)。主要原因有：(1)列車啟動或加速時(shí)，閘瓦沒有緩解，造成車輪在軌道上滑行。(2)列車制動時(shí)制動力不均或過大，閘瓦抱死車輪，使之在軌面上滑行，形成一塊或數(shù)塊擦傷。例如，機(jī)車制動機(jī)、給氣閥作用不良，使制動管壓力過高而導(dǎo)致制動力過大；制動機(jī)出現(xiàn)故障使列車在緊急制動時(shí)，制動快慢不一，制動力不均勻；制動缸活塞行程調(diào)整不及時(shí)，致使制動力強(qiáng)弱不一；不同車型車輛掛接時(shí)，各車輛制動率不同，制動率過高的易發(fā)生踏面擦傷。(3)同一輪對車輪直徑相差過大。(4)嚴(yán)寒季節(jié)

49、軌面上有雨雪、霜凍、油污等，使輪軌黏著系數(shù)降低，制動力大于黏著力。2. 車輪輪廓尺寸改變在輪對與鋼軌的相互作用下，將使車輪的輪廓產(chǎn)生磨耗，從而改變車輪輪廓尺寸。車輪的輪廓尺寸與車輪內(nèi)側(cè)距離是列車安全運(yùn)行的決定性參數(shù)。3. 車輪發(fā)生裂紋隨著列車速度的提高和運(yùn)行時(shí)間的延長，會加速車輪踏面出現(xiàn)裂紋類缺陷。這些缺陷不僅會因?yàn)闈L動不均勻而降低乘坐舒適度，而且這種缺陷越嚴(yán)重，安全隱患程度就越高。齒輪失效的基本形式一般情況下，常見的齒輪失效形式主要有四種，即斷裂、磨料磨損、擦傷以及疲勞剝落。1. 齒輪的疲勞斷裂失效齒輪在運(yùn)行過程中承受載荷，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用。當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過齒

50、輪材料的疲勞極限時(shí)，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時(shí)就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。此外，齒輪在工作中受到嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。當(dāng)齒輪受到過高的交變周期應(yīng)力時(shí)，也會引起疲勞斷裂。2齒輪的磨損失效當(dāng)齒輪工作面間潤滑油不足或油質(zhì)不清潔，有金屬微粒、金屬氧化物或其他硬質(zhì)磨料存在時(shí)，會引起磨料磨損。這些外界的硬質(zhì)微粒開始先嵌入一個工作表面，然后以微粒切削的形式從另一工作表面挖去金屬的微小微粒，或在塑性流動下引起齒輪金屬表面變形，使齒廓顯著改變，側(cè)隙加大，以至于齒厚過度減薄導(dǎo)致斷齒。一般情況下，當(dāng)潤滑油料中夾雜有直徑30um以上的磨料時(shí)，就會在齒輪運(yùn)行中引起磨料磨損

51、。3. 齒輪的擦傷失效重載和高速的齒輪傳動，使齒面工作區(qū)溫度很高。如潤滑條件不好，齒面間的油膜破裂，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕膠合。新齒輪未經(jīng)跑合時(shí)，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。一般來說，當(dāng)潤滑油黏度過低、轉(zhuǎn)速過低、運(yùn)行溫度過高以及接觸面積過小，均會使油膜破裂而造成齒面擦傷。4. 齒面接觸疲勞齒輪在嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。這兩種力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應(yīng)力。當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的剪切疲勞極限時(shí)表面將產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴(kuò)展，最終會使齒面金屬

52、小塊剝落，在齒面上形成小坑，稱為點(diǎn)蝕。當(dāng)“點(diǎn)蝕”擴(kuò)大，連成一片時(shí)，形成齒面上金屬塊剝落，齒面上剩余的工作面積無法再繼續(xù)承受外部載荷，從而使整個齒產(chǎn)生斷裂。此外，材質(zhì)不均或局部擦傷，也易在齒輪的某一輪齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。3.2.2齒輪故障的常見形式與原因 1齒輪故障的常見形式齒輪由于結(jié)構(gòu)型式、材料與熱處理、操作運(yùn)行環(huán)境與條件等因素不同，發(fā)生故障的形式也不同，常見的齒輪故障有以下幾類形式。(1) 齒面磨損潤滑油不足或油質(zhì)不清潔會造成齒面磨粒磨損，使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至由于齒輪過度減薄導(dǎo)致斷齒。一般情況下，只有在潤滑油中夾雜有磨粒時(shí)，才會在運(yùn)行中引起齒面磨粒磨損。(2) 齒面膠合和擦

53、傷對于重載和高速齒輪的傳動，齒面工作區(qū)溫度很高，一旦潤滑條件不良，齒面間的油膜便會消失，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。新齒輪未經(jīng)磨合便投入使用時(shí)，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。(3) 齒面接觸疲勞齒輪在實(shí)際嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。載荷和脈動力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應(yīng)力，當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時(shí)，接觸表面將產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展，最終使齒面剝落小片金屬，在齒面上形成小坑，稱之為點(diǎn)蝕。當(dāng)“點(diǎn)蝕”擴(kuò)大連成片時(shí)，形成齒面上金屬塊剝

54、落。此外，材質(zhì)不均勻或局部擦傷，也容易在某一齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。(4) 彎曲疲勞與斷齒在運(yùn)行過程中承受載荷的輪齒，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用最大，當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時(shí)，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時(shí)就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。齒輪由于工作中嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。斷齒和點(diǎn)蝕是齒輪故障的主要形式。齒輪故障還可分為局部故障和分布故障。局部故障集中在一個或幾個齒上，而分布故障則在齒輪各個輪齒上都有體現(xiàn)。2齒輪故障的原因產(chǎn)生上述齒輪故障的原因較多，但從大量故障的分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，主要原因有以下幾個方面：(1)制

55、造誤差齒輪制造誤差主要有偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心是指齒輪（一般為旋轉(zhuǎn)體）的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心不重合，齒距偏差是指齒輪的實(shí)際齒距與公稱齒距有較大誤差，而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。(2)裝配不良齒輪裝配不當(dāng)會造成工作狀態(tài)劣化。當(dāng)一對互相嚙合的齒輪軸不平行時(shí)，會在齒寬方向只有一端接觸，或者出現(xiàn)齒輪的直線性偏差等，使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻，不能平穩(wěn)地傳遞動扭矩，這種情況稱為“一端接觸”，會使齒的局部承受過大的載荷，有可能造成斷齒。(3)潤滑不良對于高速重載齒輪，潤滑不良會導(dǎo)致齒面局部過熱，造成色變、膠合等故障。導(dǎo)致潤滑不良的原因是多方面的，除了油路堵塞、噴油孔堵塞外，潤滑油中進(jìn)水

56、、潤滑油變質(zhì)、油溫過高等都會造成齒面潤滑不良。(4)超載對于工作負(fù)荷不平穩(wěn)的齒輪驅(qū)動裝置（例如礦石破碎機(jī)、采掘機(jī)等），經(jīng)常會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，就會造成輪齒過載斷裂，或者長期過載導(dǎo)致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。(5)操作失誤操作失誤通常包括缺油、超載、長期超速等，都會造成齒輪損傷、損壞。齒輪故障的時(shí)域診斷分析下面介紹利用相位分析的殘差法和解調(diào)法。1殘差法齒輪信號中總是包含很強(qiáng)的“常規(guī)振動”成分，由故障造成的振動信號變化相對“常規(guī)振動”來說是很小的，由此得到的振動特征參數(shù)往往不夠敏感，在一定假設(shè)條件下，可以將上面兩種振動成分分離。先對時(shí)域平均后的信號作FFT濾波處理，即可得到齒

57、輪“常規(guī)振動”和“故障振動”(即殘差)的時(shí)域信號，從而實(shí)現(xiàn)了兩者的分離。殘差信號為齒輪時(shí)域平均后的信號和“常規(guī)振動”信號之差。正常齒輪的殘差幅值較小。隨著故障的出現(xiàn)，殘差增大。在故障點(diǎn)進(jìn)入嚙合處，殘差明顯增大。為了定量描述，可以計(jì)算殘差信時(shí)號的有效值。利用殘差信號比直接根據(jù)原始信號更能反映故障的影響。2解調(diào)法從時(shí)域信號中直接提取調(diào)制信號，直接分析調(diào)制函數(shù)在齒輪故障影響下的變化，這就是解調(diào)法齒輪振動信號的解調(diào)包括對調(diào)幅、調(diào)頻兩種調(diào)制的解調(diào)，但研究和應(yīng)用較多的是頻率的解調(diào)。一般情況下，齒輪振動信號為周期函數(shù)，用傅里葉級數(shù)展開后可表示為項(xiàng)之和，每一項(xiàng)分別對應(yīng)一個邊頻族(即嚙合頻率的某一階諧頻及其周圍

58、的邊頻成分)，對信號作帶通濾波，以便取出一個邊頻族。齒輪的振動信號特征1齒輪的振動測量的注意事項(xiàng)前面已經(jīng)介紹，齒輪振動的頻帶很寬，而且低頻和高頻振動中均包含有診斷各種異常振動非常有用的信息，因此對齒輪振動的測量要求比一般機(jī)械的振動測量要高。在對齒輪振動進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意如下幾個問題：(1)測點(diǎn)選擇實(shí)際進(jìn)行齒輪振動測量時(shí)，傳感器的安裝位置（測點(diǎn)）不同，所得到的測定值會有較大的差異。因此，最好的辦法是對各測點(diǎn)做出標(biāo)記，以保證每次測定的部位不變。另外，還應(yīng)注意測定部位的表面應(yīng)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(yīng)盡可能地沿水

59、平、垂直和軸向三個方向進(jìn)行測定。(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(jìn)行監(jiān)測與診斷時(shí)，一般情況下應(yīng)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(yīng)的測量參數(shù)。前面已經(jīng)介紹過，對于低頻段進(jìn)行測量時(shí)，一般選用位移傳感器和振動位移參數(shù)；對于中頻段進(jìn)行測量時(shí)，一般選用速度型傳感器和振動速度單位；對于高頻段進(jìn)行測量時(shí)，一般實(shí)際測量中，在同一測點(diǎn)位安裝兩種或兩種以上傳感器是不利的，通常在進(jìn)行振動測定時(shí)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)。(3)傳感器的安裝方法加速度傳感器可測定頻率范圍較寬的振動，它

60、最終能測定的范圍取決于安裝方法。關(guān)于加速度傳感器的安裝方法，參見相關(guān)資料。(4)測定周期定期測定是為了能夠發(fā)現(xiàn)處于初期狀態(tài)的異常，所以需要對齒輪的檢測規(guī)定合適的周期。周期太長，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題；周期太短，浪費(fèi)人力物力，很不經(jīng)濟(jì)。比較好的辦法是在設(shè)備正常時(shí)保持一定的周期，而在振動增大，達(dá)到“注意”范圍內(nèi)時(shí)，縮短監(jiān)測周期。2.齒輪正常時(shí)的振動沒有缺陷的正常齒輪，其運(yùn)行時(shí)的振動主要是由于齒輪自身的剛度等引起的。(1).時(shí)域特征正常齒輪由于剛度的影響，其振動波形為周期性的衰減波形，其中低頻信號具有近似正弦波的嚙合波形。(2).頻域特征正常齒輪的振動信號反映在功率上，有嚙合頻率及其諧波分量，即-L(，