齒輪故障監(jiān)測與診斷

“現(xiàn)代測試技術(shù)及儀器運用〞

課程之：齒輪診斷及振動測試技術(shù)

廖與禾西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院診斷所2021年10月1引言2齒輪箱常見的缺點方式及特征3齒輪箱振動機理分析4齒輪振動信號的特征5齒輪缺點診斷信號處置方法6齒輪箱缺點診斷實例分析主要內(nèi)容1.1概述齒輪是依托齒的嚙合傳送扭矩的輪狀機械零件。齒輪經(jīng)過與其它齒狀機械零件傳動，實現(xiàn)改動轉(zhuǎn)速與扭矩、改動運動方向和改動運動方式等功能。齒輪傳動安裝是機械設(shè)備中必不可少的銜接和傳送動力的通用零部件。齒輪失效是誘發(fā)設(shè)備缺點的重要要素。一、引言1.2齒輪缺點診斷的開展與現(xiàn)狀齒輪箱缺點診斷技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外搶手的研討課題之一。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)一些簡單的齒輪箱缺點診斷技術(shù)，僅限于丈量分析一些簡單的振動參數(shù)，例如：振動峰值、均方根值等，經(jīng)過察看這些參數(shù)的變化來掌握齒輪的運轉(zhuǎn)形狀。20世紀(jì)70年代末到80年代中期，齒輪箱缺點診斷的頻域分析方法開展很快。1.2齒輪缺點診斷的開展與現(xiàn)狀隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、測試技術(shù)的開展，齒輪箱缺點診斷技術(shù)吸收了大量現(xiàn)代科技成果，可以根據(jù)振動、噪聲、溫度、油樣等多種信息實施缺點診斷，由此構(gòu)成日漸成熟的齒輪箱振動診斷技術(shù)、噪聲診斷技術(shù)、溫度監(jiān)測技術(shù)及油樣分析技術(shù)。在信號處置技術(shù)方面，非平穩(wěn)信號處置技術(shù)及人工智能方法也逐漸運用于齒輪箱缺點當(dāng)中。各個學(xué)科的相互交叉交融，使得齒輪箱缺點診斷技術(shù)已開展成為集數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、計算機與微電子技術(shù)，信息處置技術(shù)、人工智能等各個專業(yè)實際與技術(shù)于一體的新興學(xué)科。1.2齒輪缺點診斷的開展與現(xiàn)狀1引言2齒輪箱常見的缺點方式及特征3齒輪箱振動機理分析4齒輪振動信號的特征5齒輪缺點診斷信號處置方法6齒輪箱缺點診斷實例分析主要內(nèi)容2.1齒面磨損成因及缺點演化途徑：齒輪任務(wù)中由于硬質(zhì)磨粒長期的作用，導(dǎo)致齒面金屬在滑擦作用下零落，齒面變薄。1〕磨料磨損二、齒輪箱常見的缺點方式及特征成因：普通當(dāng)光滑油粘度低、高溫時會產(chǎn)生這種景象。缺點演化途徑：齒廓變形、齒厚變薄→側(cè)隙變大→沖擊加劇→斷齒2.1齒面磨損2〕黏附磨損〔齒面膠合、擦傷〕2.2齒面疲勞點蝕輪齒任務(wù)時當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超越資料的接觸疲勞極限時，在載荷多次反復(fù)作用下，齒面表層產(chǎn)生細(xì)微疲勞裂紋。裂紋的蔓延、擴展，呵斥許多微粒從任務(wù)外表上零落下來，在外表出現(xiàn)許多月牙形的淺坑，即齒面疲勞點蝕2.3齒面接觸疲勞成因：齒輪材質(zhì)不均或部分擦傷缺點演化途徑：齒面相對運動→脈動循環(huán)變化的接觸應(yīng)力(剪應(yīng)力)→應(yīng)力超越資料剪切極限→外表裂紋→裂紋擴展→齒面剝落。2.4彎曲疲勞與斷齒成因及缺點演化途徑：齒根受脈動循環(huán)彎曲應(yīng)力作用→齒根部產(chǎn)生裂紋→應(yīng)力集中→裂紋進(jìn)一步擴展→剩余部分無法接受外載荷→斷齒1引言2齒輪箱常見的缺點方式及特征3齒輪箱振動機理分析4齒輪振動信號的特征5齒輪缺點診斷信號處置方法6齒輪箱缺點診斷實例分析主要內(nèi)容3.1齒輪的簡化振動模型一對嚙合的齒輪可以看作是一個具有質(zhì)量、彈簧和阻尼的振動系統(tǒng)。齒輪副的力學(xué)模型三、齒輪箱振動機理分析3.2齒輪的振動模型一對嚙合齒輪的振動方程可以表示為：式中：X–沿嚙協(xié)作用線上方向齒輪相對位移；Mr–齒輪副的等效質(zhì)量，Mr=m1m2/(m1+m2)；C–齒輪嚙合阻尼；K(t)–齒輪擬合剛度，關(guān)于時間的函數(shù)；E(t)–輪齒變形、誤差以及缺點呵斥的兩齒輪在作用線方向上的相對位移；T1，T2–嚙合過程中作用于齒輪上的扭矩；I–齒輪副傳動比。3.2齒輪的簡化振動模型不思索摩擦力的影響，有：且把E(t)分解為：齒輪振動模型可進(jìn)一步簡化為：式中：E1(t)–正常齒輪承載后的平均靜彈性變形，與加工誤差及輪齒缺點無關(guān)；E2(t)–齒輪的誤差和缺點所呵斥的兩個齒輪之間的相對位移，也稱缺點函數(shù)。3.2齒輪的簡化振動模型振動方程左端—齒輪副振動呼應(yīng)振動方程右端—振動激振力函數(shù)可見，導(dǎo)致齒輪振動的激振源可分為：(1)k(t)E1——常規(guī)振動，與齒輪的誤差、缺點無關(guān)(2)k(t)E2——由齒輪的誤差、缺點引起的激振力3.3齒輪振動影響要素嚙合剛度周期性變化的緣由：(1)嚙合點位置的變化，參與嚙合的單一齒輪的剛度發(fā)生變化；(2)參與嚙合的齒數(shù)發(fā)生變化，單齒嚙合時剛度小，雙齒嚙合剛度大。1〕齒輪嚙合剛度輪齒嚙合剛度K(t)隨嚙合系數(shù)〔決議于時間t和嚙合位移線X〕呈周期性動搖，使得系統(tǒng)的平移和回轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生相應(yīng)的動搖變化，其振動能量經(jīng)軸、軸承傳到齒輪箱箱體上。3.3齒輪振動影響要素〔a〕直齒輪嚙合剛度變化曲線 〔b〕斜齒輪嚙合剛度變化曲線齒輪嚙合剛度變化曲線可見，直齒輪嚙合剛度的變化非常猛烈，動搖幾乎表現(xiàn)為矩形波。斜齒輪的嚙合剛度要平緩的多，外形接近正弦波。1〕齒輪嚙合剛度3.3齒輪振動影響要素傳動誤差是指齒輪在恒定的傳送轉(zhuǎn)距下，因各種制造誤差、安裝缺陷、齒輪的缺點等所產(chǎn)生的誤差和變形，在輸出軸上實踐的齒廓外形和角位置與實際外形和角位置之間的差值。這個差值可以用角位移表示，也可以沿壓力線用基圓半徑或節(jié)圓半徑上的線位移表示。齒輪運轉(zhuǎn)過程中，由于傳動誤差大，齒輪進(jìn)入和脫離嚙合時的碰撞加劇，產(chǎn)生較高的振動峰值，并且在短暫時間內(nèi)呵斥振動幅值和相位的變化。2〕齒輪傳動誤差3.3齒輪振動影響要素在理想情況下：齒廓為理想外形且輪齒剛度為絕對剛性。當(dāng)一對齒輪嚙合時，自動輪轉(zhuǎn)過θ1角度，從動輪那么轉(zhuǎn)過θ2角度，那么：兩個相嚙合的齒輪按此關(guān)系勻速地回轉(zhuǎn)2〕齒輪傳動誤差式中：e12是從動輪轉(zhuǎn)角的相對偏向量，稱為傳動誤差，也叫嚙合誤差，這是一個綜合誤差。3.3齒輪振動影響要素實踐齒輪不是絕對剛性的，同時由于如齒輪制造誤差、齒面溫升、磨損等各種要素的影響，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。上述轉(zhuǎn)角關(guān)系應(yīng)修正為：2〕齒輪傳動誤差齒輪產(chǎn)生缺點，會直接呵斥傳動精度的劣化。齒輪軸的松動、偏心、部分齒根疲勞裂紋或斷齒等將影響長周期誤差成份；齒面過度磨損、膠合、點蝕等損傷將影響短周期成份，一切這些都使動載荷加大，振動也相應(yīng)加大?？梢?，影響齒輪振動及其變化的是輪齒剛度和傳動誤差，即缺點齒輪振動的鼓勵源主要由載荷要素和傳動誤差要素兩部分組成。3.3齒輪振動影響要素3〕小結(jié)齒輪嚙合齒數(shù)的交替變化會引起輪齒剛度發(fā)生周期變化；漸開線齒輪的齒形外形決議了嚙合過程中輪齒各點剛度是變化的，因此即使是在載荷不變的情況下，仍會產(chǎn)生輪齒振動；嚙合過程中在節(jié)點處兩齒面的相對滑動速度和摩擦力方向的改動，也能引起齒輪嚙合系統(tǒng)的振動。3.3齒輪振動影響要素載荷要素分析：制造、安裝誤差導(dǎo)致的齒輪傳動誤差所產(chǎn)生的鼓勵力；齒輪磨損、膠合、點蝕等齒面缺點使輪齒齒廓偏離漸開線輪廓，增大了齒輪傳動誤差；輪齒的缺點會呵斥嚙合齒合成剛度劣化，引起齒輪的嚙合振動。傳動誤差要素分析：3.3齒輪振動影響要素1引言2齒輪箱常見的缺點方式及特征3齒輪箱振動機理分析4齒輪振動信號的特征5齒輪缺點診斷信號處置方法6齒輪箱缺點診斷實例分析主要內(nèi)容四、齒輪振動信號的特征無論從時域還是從頻域察看齒輪振動信號，它都是非常復(fù)雜的，然而可以發(fā)現(xiàn)齒輪振動信號頻譜總可以由以下幾個主要頻率成分構(gòu)成：(1)嚙合頻率及其各次諧波；(2)以嚙合頻率及其它一些高頻成分為中心，由調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶；(3)其它頻率成份；4.1齒輪的嚙合頻率及其各次諧波z1、z2——齒輪的齒數(shù)n1、n2——轉(zhuǎn)速4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶齒輪存在形位或幾何誤差或出現(xiàn)缺點時，會對齒輪嚙合振動產(chǎn)生調(diào)制造用，使得齒輪振動信號以調(diào)制波的方式表現(xiàn)出來。從頻域上看，調(diào)制的結(jié)果是使齒輪的嚙合頻率及其諧波周圍出現(xiàn)邊頻帶成分。調(diào)制可以分為兩種根本方式：幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶1)幅值調(diào)制產(chǎn)生緣由：由齒面載荷動搖對振動幅值的影響呵斥。(1)齒輪偏心；(2)齒輪加工誤差、齒輪缺點，在齒輪嚙合過程中產(chǎn)生短暫的載荷動搖(加載和卸載)。幅值調(diào)制景象從數(shù)學(xué)上看相當(dāng)于時域中的兩個信號的乘積，而在頻域上相當(dāng)于兩個信號的卷積。一個稱為載波，頻率較高→嚙合頻率一個稱為調(diào)制波，頻率較低→齒輪回轉(zhuǎn)頻率4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶設(shè)：齒輪嚙合振動分量為：齒輪軸的轉(zhuǎn)頻信號為：1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶那么：幅值調(diào)制后的振動信號為：式中：A—振幅；B—調(diào)制指數(shù)；fr—調(diào)制頻率。1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶在頻域中可表示為：調(diào)制后的信號，除嚙合頻率分量外，添加了fz±fr分量，它以嚙合頻率為中心，以fr為間距對稱分布于fz兩側(cè)，稱邊頻帶。1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶單一頻率的幅值調(diào)制原理1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶調(diào)制前：信號的總能量為：A2/2調(diào)制后：信號的總能量En應(yīng)為各頻率成分的能量之和，即：A2B2/4——反映了齒輪缺點的程度；邊帶間距fr——反映了缺點產(chǎn)生的部位。1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶由激振函數(shù)：K(t)E1+K(t)E2(t)k(t)E1是正常齒輪的振動反映，與缺點和誤差無關(guān)k(t)E2(t)那么反映了由缺點或誤差產(chǎn)生的幅值調(diào)制實踐的齒輪振動信號的載波信號和調(diào)制信號都不是單一頻率，普通為周期函數(shù)。1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶設(shè)：y(t)=K(t)E2(t)1)幅值調(diào)制那么：k(t)——載波信號，反映了嚙合剛度的變化，與嚙合系數(shù)嚴(yán)密相關(guān)，表現(xiàn)為以嚙合頻率及其高次諧波為特征的信號；E2(t)——調(diào)制〔幅〕信號，反映了齒輪的誤差與缺點情況，齒輪旋轉(zhuǎn)一周E2(t)對應(yīng)變化一次，因此E2(t)以軸旋轉(zhuǎn)頻率及各階倍頻為主要特征。4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶時域中：y(t)=K(t)E2(t)頻域中：Sy(f)=Sk(f)*SE(f)當(dāng)齒輪發(fā)生缺點時，調(diào)幅振動信號的頻譜表現(xiàn)為一組頻率間隔較大的脈沖函數(shù)〔fz、2fz、3fz等〕與頻率間隔較小的脈沖函數(shù)〔fr、2fr、3fr等〕的卷積。所以頻域中構(gòu)成嚙合頻率及其倍頻成分兩側(cè)的邊頻族，即：1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶齒輪振動信號的頻譜上邊頻帶的構(gòu)成機理1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶齒輪缺陷分布對邊頻帶的影響1)幅值調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶2)頻率調(diào)制記：載波信號為：調(diào)制信號為：頻率調(diào)制可以以為是相位調(diào)制，相當(dāng)于載波信號遭到調(diào)制信號的調(diào)制造用而變成寬頻信號。齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生動搖，表如今振動上為頻率調(diào)制。4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶那么調(diào)頻后的信號為：式中：A——振幅；fz——載波頻率；fr——調(diào)制頻率；β——調(diào)制指數(shù)，等于由調(diào)制而產(chǎn)生的最大相位移；φ——初相角2)頻率調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶將上式用貝賽爾函數(shù)展成無窮級數(shù)：式中：J1(β)、J2(β)…為貝賽爾系數(shù)。2)頻率調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶其對應(yīng)的頻譜為：調(diào)頻振動信號包含有無限多個頻率分量，以嚙合頻率為中心，以調(diào)制頻率為間隔構(gòu)成無限多對調(diào)制邊頻帶，外形取決于調(diào)制指數(shù)β。2)頻率調(diào)制——齒輪相對角速度動搖系數(shù)——齒數(shù)4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶頻率調(diào)制及邊頻帶2)頻率調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶由于0階貝塞爾函數(shù)J0(β)總是小于1，故頻率調(diào)制后載頻的能量下降了，而調(diào)制后各個邊頻成分的能量正比于它的貝塞爾函數(shù)值的平方，調(diào)制之后的信號的總能量〔包絡(luò)線的平方積〕堅持不變，這一點不同于幅值調(diào)制；從頻域上看，調(diào)制的結(jié)果相當(dāng)于把載頻的能量分散到邊頻上，構(gòu)成的邊頻帶及各階邊頻相對幅值的大小取決于調(diào)制指數(shù)β；2)頻率調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶不同調(diào)制指數(shù)下的邊頻帶2)頻率調(diào)制4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶3)頻率調(diào)制與幅值調(diào)制的比較(1)

載波頻率相等；(2)

邊頻帶頻率間隔相等；(3)邊頻帶對稱分布于載波頻率兩側(cè)。4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶在兩者共同作用時，由于邊頻具有不同的相位，疊加時為向量相加，疊加后的邊頻幅值能夠添加，也能夠減小，引起邊頻帶不對稱。邊頻具有不穩(wěn)定性，調(diào)幅調(diào)頻的相對相位關(guān)系受隨機要素的影響，會改動邊頻帶的外形。實踐的齒輪系統(tǒng)中，調(diào)幅與調(diào)頻總是同時存在，邊頻成分是兩種調(diào)制單獨作用時所產(chǎn)生的邊頻成分的疊加，所以診斷時應(yīng)留意：4)診斷要點4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶調(diào)幅和調(diào)頻共同作用下產(chǎn)生的邊頻帶4)診斷要點4.2調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶1)附加脈沖調(diào)制產(chǎn)生的信號(時域)對稱于零線，實踐測到的信號不一定對稱于零線。可把信號分解成調(diào)制信號與附加脈沖的疊加，時域中：調(diào)制信號對稱于零線；附加脈沖不對稱于零線，它直接疊加在齒輪的常規(guī)振動上，而不是以調(diào)制的方式出現(xiàn)，因此在時域上比較容易區(qū)分。頻域中：調(diào)制：產(chǎn)生邊頻帶；附加脈沖：齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波。4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分1)附加脈沖產(chǎn)生緣由：齒輪存在嚴(yán)重的部分缺點，如嚴(yán)重剝落、斷齒等。此時在低頻段表現(xiàn)為齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率及倍頻添加。齒輪不平衡、對中不良、機械松動均是旋轉(zhuǎn)頻率低次諧波的振源，但不一定與缺點有直接聯(lián)絡(luò)。齒輪振動信號中分解出附加脈沖(a)總信號，(b)附加脈沖，(c)調(diào)幅信號4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分2)鬼線(GhostLine)鬼線為功率譜上的一個頻率分量。產(chǎn)生緣由：加工過程中給齒輪帶來的周期性缺陷。來源：分度蝸輪、蝸桿及齒輪的誤差。特征頻率：對應(yīng)于滾齒機任務(wù)臺分度蝸輪的嚙合頻率。4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分2)鬼線特點：鬼線普通對應(yīng)于分度蝸輪的某個整數(shù)齒，所以必然表現(xiàn)為一個特定的回轉(zhuǎn)頻率的諧波。鬼線是由幾何誤差產(chǎn)生的，齒輪的任務(wù)載荷對鬼線的影響很大。隨齒輪的跑合和磨損，鬼線分量的幅值會逐漸降低。4.3齒輪箱振動信號中的其它頻率成分載荷對鬼線及嚙合頻率分量的影響(a)輕載，(b)重載2)鬼線1引言2齒輪箱常見的缺點方式及特征3齒輪箱振動機理分析4齒輪振動信號的特征5齒輪缺點診斷信號處置方法6齒輪箱缺點診斷實例分析主要內(nèi)容五、齒輪缺點診斷信號處置方法5.1功率譜分析1)嚙合頻率及其諧波頻率分析例如：齒輪磨損缺點，可以用一些綜合參數(shù)來衡量頻譜的變化。設(shè)：正常形狀下齒輪的嚙合頻率及各階諧波的幅值分別為：缺點形狀下為：5.1功率譜分析1)嚙合頻率及其諧波頻率分析可用以下系數(shù)判別能否有適用于磨損缺點(1)平均幅值變化系數(shù)：(2)平均相對幅值變化系數(shù)：5.1功率譜分析齒輪磨損的典型功率譜—磨損前…磨損后1)嚙合頻率及其諧波頻率分析5.1功率譜分析2)邊頻帶分析根據(jù)功率譜圖上的邊頻帶信號(外形、間隔)可得到以下信息：齒輪的偏心、齒距緩慢地周期變化及載荷的周期動搖等缺陷時，譜圖上出現(xiàn)ifz±jfr；由于轉(zhuǎn)軸上的聯(lián)軸節(jié)或齒輪本身的不平衡產(chǎn)生的振動，那么功率譜圖中出現(xiàn)齒輪的嚙合頻率及諧波的邊頻帶：ifz±2jfr；齒輪點蝕缺點的邊頻帶與(1)類似，但階數(shù)少，且集中在兩側(cè)；5.1功率譜分析2)邊頻帶分析齒輪剝落、齒根裂紋、部分?jǐn)帻X等缺點，會產(chǎn)生瞬態(tài)調(diào)制，也會產(chǎn)生邊頻帶，邊帶階數(shù)多且分散。實踐分析中，邊帶的變化呈綜合效果，很難用某一種方法來確定某種缺點。在邊帶分析中還可采用頻率細(xì)化方法來分析邊頻帶的構(gòu)造。例：一對嚙合齒輪的轉(zhuǎn)頻分別為fr1、fr2(fr1≠fr2)，所以在邊頻帶中能夠會出現(xiàn)兩種間隔fr1、fr2，經(jīng)過細(xì)分可以分辨出這樣的頻率。5.1功率譜分析經(jīng)過細(xì)化譜提高頻率分辨率，識別邊頻帶2)邊頻帶分析〔細(xì)化譜〕5.2倒譜分析倒譜的主要優(yōu)點：倒譜能較好地檢測出功率譜上的周期成分；受傳送途徑的影響?。辉诘棺V圖上，代表齒數(shù)調(diào)制程度的幅值不受不穩(wěn)定性的影響由于倒譜的上述優(yōu)點，在齒輪安裝的缺點診斷中常用倒譜分析方法提取信號中的周期成分識別齒輪的缺點(例偏心等)。5.2倒譜分析例1：齒輪箱振動信號分析(a)

齒輪箱振動信號頻譜，頻率為：0～20kHz，譜線數(shù)400；(b)對(a)中3.5～13.5kHz頻段內(nèi)細(xì)化至2000譜線的頻譜；(c)將圖(b)中7.5～9.5kHz橫向放大得到的頻譜；(d)由圖(b)得到的倒譜。1—嚙合頻率；2、3—嚙合頻率的高次諧波；A1、A2、……—周期11.5ms(對應(yīng)齒輪旋轉(zhuǎn)頻率85Hz)的諧波；B1、B2、……—周期20ms(對應(yīng)齒輪旋轉(zhuǎn)頻率50Hz)的諧波。5.2倒譜分析例2：倒譜對信號源與系統(tǒng)傳送特性影響的分別(b)倒譜圖(a)對數(shù)功率譜圖5.2倒譜分析例3：缺點信息在功率譜與倒譜中的比較5.2倒譜分析齒輪四種形狀的頻譜與細(xì)化譜原始信號的頻譜倒譜5.3細(xì)化譜分析在齒輪箱缺點診斷中，當(dāng)齒輪、滾動軸承或軸發(fā)生集中或分布性缺點時，在頻譜圖上普通都會出現(xiàn)以齒輪的嚙合頻率、齒輪固有頻率或滾動軸承內(nèi)外環(huán)固有頻率為中心頻率，以齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻或滾動軸承經(jīng)過頻率為調(diào)制頻率的調(diào)制邊頻帶。普通調(diào)制信號的中心頻率較高，而調(diào)制頻率較低，要分析調(diào)制邊頻帶的細(xì)微構(gòu)造可采用細(xì)化譜分析。窄帶譜的頻率細(xì)化，或稱部分頻譜的放大，能使某些感興趣頻率的重點頻區(qū)得到較高的分辨率。5.3細(xì)化譜分析窄帶譜的頻率細(xì)化5.3細(xì)化譜分析原始信號的頻譜細(xì)化譜齒輪四種形狀的頻譜與細(xì)化譜5.4時域分析1)時域平均時域平均的實現(xiàn)及留意問題：多次平均：保管齒輪回轉(zhuǎn)頻率及其各階倍頻成分，逐漸消除噪聲分量。在齒輪傳動過程中，需對假設(shè)干個齒輪逐個診斷時，可先將時標(biāo)信號延伸或緊縮，按不同的周期來作時域平均，可得到代表不同齒輪形狀的振動信號。5.4時域分析續(xù)：時域平均的實現(xiàn)及留意問題當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速不均勻時，會對時域平均結(jié)果有影響。為消除轉(zhuǎn)速不均勻?qū)ζ骄Y(jié)果的影響，可采用鎖相技術(shù)實現(xiàn)外觸發(fā)，外時鐘采樣實現(xiàn)等角度整周期采樣，可使采樣后每一點與齒輪的嚙合位置建立一一對應(yīng)的關(guān)系。5.4時域分析齒輪在各種形狀下的時域平均信號轉(zhuǎn)速動搖對時域平均的影響(a)

正常齒輪的時域平均信號，(a)轉(zhuǎn)速均勻，(b)

齒輪安裝對中不良的時域平均信號，(b)轉(zhuǎn)速飄移，(c)齒輪齒面嚴(yán)重磨損時的時域平均信號，(c)轉(zhuǎn)速顫抖。(d)齒輪部分剝落的時域平均信號。5.4時域分析2)其它方法(1)殘差法殘差的本質(zhì)是齒輪時域平均后的信號與常規(guī)振動之差。常規(guī)振動：殘差小缺點振動：殘差大5.4時域分析齒輪的常規(guī)振動成分5.4時域分析齒輪振動時域平均信號常規(guī)振動信號殘差信號殘差平方信號信號的殘差分析(1)殘差法5.4時域分析(2)解調(diào)分析法齒輪缺點頻率特征為：嚙合頻率及高次諧波——均布缺點頻譜與倒譜分析是經(jīng)過邊頻識別缺點。解調(diào)分析是直接分析調(diào)制函數(shù)在齒輪缺點影響下的變化。5.5齒輪傳動鏈的缺點診斷齒輪傳動鏈缺點診斷的實施步驟：(1)了解齒輪傳動鏈異常病癥所呈現(xiàn)的形狀量，根據(jù)形狀量選擇適宜的傳感器；(2)根據(jù)檢測的缺點信息作簡易診斷；(3)了解齒輪傳動安裝構(gòu)造，計算各軸的回轉(zhuǎn)頻率、各齒輪副的嚙合頻率、軸承的特征頻率作為譜分析中的參考根據(jù)；5.5齒輪傳動鏈的缺點診斷齒輪傳動鏈缺點診斷的實施步驟：(4)根據(jù)嚙合頻率選擇適宜的采樣頻率及采樣長度，對經(jīng)預(yù)處置后的信號進(jìn)展采集，同時采集時標(biāo)信號；(5)選擇適宜的方法對信號進(jìn)展處置；(6)比較實測譜峰頻率與計算頻率，結(jié)合齒輪安裝的構(gòu)造、工藝等尋覓缺點源。五.齒輪缺點診斷中應(yīng)留意的幾個問題1.測點選擇：普通選擇在軸承座，對高速增速器軸承座在機罩內(nèi)部，此時選軸承座附加剛性好的部位；2.丈量參數(shù)的選擇：齒輪安裝振動頻率范圍較寬，有<1000Hz的低頻，也有>1000Hz的高頻；3.采樣參數(shù)確實定；4.分析判別方法的選擇；5.傳感器的安裝。六齒輪箱缺點診斷實例分析一.攪拌機齒輪箱振動信號分析1.根本參數(shù)一.攪拌機齒輪箱振動信號分析攪拌機齒輪箱傳動系統(tǒng)簡圖攪拌機齒輪箱現(xiàn)場振動信號采集圖一.攪拌機齒輪箱振動信號分析2.振動信號分析〔1〕時域分析一號齒輪箱的振動信號時域波形二號齒輪箱的振動信號時域波形三號齒輪箱的振動信號時域波形一.攪拌機齒輪箱振動信號分析從三臺齒輪箱振動信號的時域波形，從時域波