我的读书笔记

zhangqing

齿轮箱信号分析

变速箱应用广泛， 主要由若干齿轮、轴承、轴、拨叉及壳体组成，具有传递运动、扭矩和实现变扭变速的功能，是各种车辆上重要的机械部件。它运行的正常与否直接关系到整车的工作情况。综合各类变速箱的故障原因不外乎两个方面：一是由于设计或制造不良所致。二是由于维护操作不当所致。下面就主要零部件的失效形式进行、振动信号的特征以及信号的分析手段等作一浅显的论述。
1  齿轮的失效类型及齿轮振动信号特征
1．1 齿轮的失效类型
齿轮发生故障的比例很高，它的失效类型主要是齿面的破坏和齿断裂。
1） 齿面机械磨损 齿面的机械磨损是由于污物、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面所引起，还与润滑不良有关。当操作不当产生冲击时，会加速齿面的磨损，它使齿廓形状不准，从而产生或加大振动冲击，最终可导致齿的折断。
2） 齿面腐蚀 由于所用润滑油失效或其它腐蚀性杂质进入齿面造成化学腐蚀，出现锈班、点蚀，从而引发齿轮的失效
3） 齿轮温升、变色和软化 由于润滑不良引起散热能力不足或长时间超载运转引起齿轮温升超标，使齿面变色、退火软化，造成齿轮失效。
4 ）齿的断裂 断裂分疲劳断裂和过载断裂两种情况，工作中齿根截面受弯矩最大，且根部有较大的应力集中，是危险断面，当负荷超过一定值或在循环载荷下，齿根部会产生裂纹、断裂。断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。
5） 齿面的剥落 齿面如发生相对滑动，在润滑不良、大载荷条件下会使工作面温度过高引起齿面金属熔融粘着并产生剥落。实际轮齿在啮合中，既有相对滚动也有相对滑动，在节点对产生脉动载荷，这会在接触表面产生疲劳裂纹发展后形成点蚀。点蚀扩大导致金属块剥落。
1．2 齿轮振动信号特征分析
由于齿轮的工作及结构特征得知齿轮的啮合刚度在周期的变化即有啮合频率,无论齿轮处于正常或异常状态,这一振动成分总是存在.但在两种状态下的振动水平是不同的。由此可根据振动信号的啮合频率分量进行故障诊断。正常齿轮由于刚度影响波型为周期性衰减波形。在频域上有啮合频率及其谐波分量，以啮合为主其高次依次减小：在低频处有旋转频率及其谐波。但信号很复杂，故障对振动信号的影响也是多方面的。如存在幅值和频率调制，齿轮振动频谱是存在众多的边频带。均匀磨损啮合频率的谐波幅值相对增大较多。磨损的加剧还可能产生分数谐波。 齿轮偏心 以齿轮旋转频率有幅值增大，对啮合频率进行调幅。 齿轮不同轴 对啮合频率进行调幅，对于旋转频率也有影响。 齿轮局部异常 以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲，以旋转频率为主要频域特征 齿距误差 以旋转频率的各次谐波、各阶啮合频率以及故障齿轮的转频为间隔的边频。不平衡齿轮 在啮合及其谐波两侧产生边频族。齿轮轴的旋转频率及其谐波能量也有相应的增加。2 轴承的失效类型及其轴承振动信号特征
2．1 轴承的失效类型
1）磨损失效 由于超负荷工作或润滑不良造成轴承滚道、滚动体、保持架、内孔和轴颈非正常磨损、轴承精度超差，引起振动和轴承失效。
2） 疲劳失效 轴承的强迫安装和润滑不良，使滚动体及滚道表面在交变载荷作用下加速疲劳剥落，进而造成轴承失效。
3） 腐蚀失效 由于没有及时更换失效或变质润滑油造成轴承表面化学腐蚀，在表面产生锈蚀，从而引发轴承的失效。
4） 碎裂 由于长时间高转速、大载荷运行及润滑不良引起轴承高温抱轴，若继续运转，轴承将碎裂。
5） 粘着磨损 由于轴承内缺乏润滑油，轴承运转生成的热量不能及时散发，造成两金属表面粘连剥落。
2．2 轴承振动信号特征分析
正常轴承的振动信号也比较复杂如轴承本身结构特点引起的振动、轴承刚度非线性引起的振动、加工面的波纹度引起的振动、轴承的偏心引起的振动、滚动体大小不均匀引起的轴心摆动、轴弯曲引起轴承偏斜等。他们都有各自的特征频率。轴承故障由部位可分为：轴承内滚道损伤 如剥落、裂纹、点蚀等当轴无径向间隙时会产生冲击振动，但通常都有径向间隙，且为单边载荷，这时可能由轴旋转频率进行和滚动体的公转频率进行振幅调制。 轴承外滚道损伤 如肃落、裂纹、点蚀。会产生相加信号。 滚动体损伤 若无径向间隙就会产生冲击振动，有径向间隙时会以滚动体的公转频率进行振幅调制。 轴承偏心 这时会产生为转频整数倍的振动。

3 轴的失效形式及其振动信号特征
3．1轴的失效形式
1）弯曲变形 轴受力过大、装配不当或存在内应力时均可引发塑性弯曲变形，引起振动及故障。当变形量超差时报废。
2） 扭转变形 转轴在传递动力时产生弹性扭转变形，一般不影响轴的正常工作。但当动力或负荷扭矩变化时，就会引起转轴的扭转振动。当扭矩超限时可使轴产生扭转永久变形。
3） 疲劳断裂 在交变载荷作用下，在轴的应力集中部位可出现疲劳裂纹及断裂。
3．2 轴的振动信号特征
轴的不平衡 转子轴心轨迹为椭圆：转速一时相位稳定；振动波在时域为正弦波，能量集中于基频—转频，会出现较少高次谐波；在小于共频时振幅随着转速的增加而增加；当大于时振幅趋于一较小的稳定值，接近时共振。轴的弯曲 与轴的偏心基本相同。 轴的不对中 如齿式联轴器不对中，故障的特征频率为转频的2倍。激励力与不对中量成正比。

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4 振动信号分析的手段
齿轮箱的各类故障在时域波形中都有典型的特点,由时域波形分析,可以大致得到三方面的故障信息,即时域函数的类型(确定性的还是随机的) ,波形中频率成分是否复杂;振动幅值是否变化,变化规律如何;波形中有无明显的冲击和调制成分。而时域特征值分析则为故障诊断提供了定量参考。所以,借助于时域分析可对有无故障进行直观的初步判断。但要准确地判断齿轮箱故障的性质、程度、部位和原因,还需借助频谱分析、解调分析、细化谱分析等方法。频谱分析将复杂的时域信号转化为简单的单频率简谐振动频域信号的合成。频谱分析能够分析信号能量和频率的分布,为进一步分析和判断故障提供依据。解调分析能够获得故障信号的调制频率成分,求出信号的包络曲线和包络谱。观察解调谱频率成分的幅值和分布,对深入查找齿轮箱故障的性质、部位非常有用。对于齿轮箱的故障诊断,啮合频率是齿轮振动中较为突出的成分,它是齿轮齿廓磨损的一个灵敏指标,同时齿面上产生点蚀、剥落等损伤以及齿轮发生断裂、胶合等故障也会在啮合频率及其各次谐波成分上表现出米。齿轮传动中的许多缺陷都是以边带形式呈现出来,因此在频谱图上对啮合频率成分两侧的边频带进行分析也是一个重要环节,这就需要运用解调分析、细化谱分析。实际上,由于故障所产生的振动频率对啮合频率的调制,所以通过对边频带的中心频率,边频带呈现的形式和谱线
的间隔的分析,可对故障的存在及其部位作出判断。
许多机械设备在带故障运转时,都要伴随振动和冲击的发生,反之,振动和冲击的发生也常常反映了机械的故障。因此目前的故障诊断方法大都以振动理论为基础。共振解调技术即是振动分析方法的新发展。共振解调技术是近年来发展起来的对滚动轴承的点蚀、剥落、擦伤和裂纹等所谓元件工作表面损伤类故障行之有效的方法。齿轮的故障与滚动轴承的故障很相似,因此从理论上讲完全可以将共振解调技术推广应用到齿轮的故障诊断中。共振解调模块对齿轮箱信号进行共振解调分析,可弥补齿轮箱同时存在多个故障时其它振动分析方法无法有效诊断的不足。
征对齿轮箱振动信号的特点介绍最常用的几种分析方法：频率细化分析技术 局部提高频率分辨率，细化谱可以清晰的看出边频带的结构。倒频谱 对于多对齿轮啮合的齿轮箱，由于边频带的交叉仅进行细化时看不清。倒频能较好的检测出功率谱上的周期成分，将原来谱上成族的边频带谱线简化为单根谱线。齿轮发生故障时振动频谱一般具有等到间隔（故障频率）的结构，利用倒频测周期。 瀑布图分析法 改变输入轴的转速，得到瀑布图。做阶次分析。有些谱峰的位置转速面偏移有些则不变。由此可以分出强迫振动和共振。 时域同步平均 从振动中提出啮合成分，将它同齿轮的轴的旋转频率同步相加、平均。对诊断齿轮的局部异常并确定其位置很有效。

zhj0231984

不错  但还不够详细..

zhangnan3509

是综述性的介绍