1、,（第5章 典型零部件的故障诊断）,故障诊断技术基础,第5章 典型零部件的故障诊断 典型零部件故障成因及故障信号特征 齿轮传动的故障诊断,1、理解典型零部件故障的成因和特征 2、掌握齿轮传动故障的诊断,教学目标,一、典型零部件故障成因及故障信号特征,故障振动：某运动部件出现破损、磨损、疲劳失效、异常侵入运动副等，都会使运动部件的运动状态发生变化，引起异常振动。 故障振动的频率成分为故障特征频率 故障诊断的工作方法之一：在设备振动频率成分中寻找故障频率，从而判断设备的故障部位,工程中所进行的振动测试工作主要有下列两类： （1）测量振动物体上某点的振动。如测定该点振动的位移、速度或加速度的峰值、有
2、效值、振动的频谱及其能量分布、各振动分量间的相位关系等。 （2）进行结构或部件的动态特性分析。如确定结构或部件的各阶固有频率、阻尼、刚度等参数以及分析其各阶振型等。 当机器发生故障时，在敏感点的振动参数的峰值、有效值往往有明显的变化，或者出现新的振动分量。因此对机器进行故障诊断时，通常是在故障敏感点进行第一类振动测量。,1.轴的故障诊断 旋转轴的振动分类： 强迫振动 由外界持续周期性激振力作用而引起的振动。 自激振动 机器在运行过程中，由于机械内部运动本身所产生的交变力而引起的振动。其特点是一旦振动停止，交变力也自然消失。,轴的故障引起的振动频率如下： （1）轴弯曲或质量不均引起频率为回转频率
3、与齿轮啮合频率的振动 （2）联轴器两轴中心线偏移不同轴时，引起回转频率及其谐波频率的振动 （3）轴的松动也会引起以回转频率为基频的振动总之，轴引起的振动都在低频范围，三种振动可从其振动方向、振动幅值与转速关系上判别出故障原因来。,2.齿轮箱的故障诊断,2.2振动的三个特征频率点： 1）轴回转频率 fr = n/60 转/秒 轴不同fr不同 2）啮合频率每秒啮合次数 fm=Zfr Z齿数 对于一对齿，fm1 = fm2 = Z1fr1 = Z2fr2,3）齿轮的固有频率,振动信号类型：调频、调幅、脉冲冲击。 为寻找故障信号，需对信号解调，找出调制频率和信号基频，然后参照齿轮振动频率及特征表找故障
4、。,m齿数到等效质量 k等效弹簧弹性模量,在生产条件下很难直接检测某一个齿轮的故障信号，一般是在轴承、箱体有关部位测量。当齿轮旋转时，无论齿轮发生了异常与否，齿的啮合都会发生冲击啮合振动，其振动波形表现出振幅受到调制的特点，甚至既调幅又调频。 各类故障在频域中的表现如下： 1）当齿轮均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量保持不变，但幅值大小改变，高次谐波幅值增大较多； 2）调幅现象。它是由于齿面载荷波动对幅值的影响造成的，调幅的一个原因是齿轮偏心，此时的调制频率为齿轮的回转频率。当在齿轮上有一个齿存在局部缺陷时，相当于齿轮的振动受到一个短脉冲的调制，脉冲的长度等于齿的啮合周期,2.3、齿轮箱故障的特
5、征频率与边频带,3）调频现象。在实际情况中，同样的齿面压力的波动，在产生调幅现象的同时，也会引起频率调制现象，其结果是在谱上得到一个调幅与调频综合形成的边频带。齿轮存在偏心时，由于齿面载荷变化引起调幅现象的同时，又由于齿轮转速的不均匀而引起调频现象。 4）附加脉冲。实际测得的信号不一定对称于零线，可将信号分解为两部分：即调幅部分和附加脉冲部分。附加脉冲是回转频率的低次谐波。平衡不良、对中不良和机械松动等，均是回转频率的低次谐波振源，但不一定与齿轮缺陷直接有关。附加脉冲的影响一般不会超出低频段，即在啮合频率以下； 5）隐含谱线。是功率谱上的一个频率分量，产生的原因为加工过程给一个齿轮所带来的周期
6、性缺陷。,2.4振动分析 1）在判别齿轮系统异常成因时，先从时域图上分析振动类型，看它属于幅值调制型或脉冲型，再从频谱图上分析其频率成分、幅值大小及边频带，判断设备异常部位、故障性质及原因。 2）当齿轮啮合不好或齿面粗糙会引起轴向振动；当齿轮侧隙过大时会出现.啮合冲击。 3）轴的弯曲变形会产生轴向力造成齿轮轴向振动,二.齿轮传动的故障诊断,1.齿轮传动的基频特征和频谱特点齿轮传动的故障诊断大多借助的是频谱分析，可检测的信号除振动和噪声外，还可检测振动的位移。齿轮啮合振动的波形可分解为许多简谐波之和，且在这些谐波的频率分量中，有与齿数有关的fm、2fm、3fm等，均与fm有关。说明fm在齿轮传动
7、故障诊断中的重要意义。,2. 齿轮故障频域诊断方法 齿轮故障频域诊断就是根据齿轮的各类故障在频域中的表现特征，对其故障进行分析和判断。 1）异常齿轮在频域中的故障特征齿面磨损齿廓变形或齿根有裂纹断齿偏心对中不良或松动 2）频域中齿轮故障的诊断方法倒频谱法,其主要优点是：受传输途径的影响小；倒频谱能将原来谱上成族的边谱带谱线简化为单根谱线，以便分析观察功率谱中肉眼难以辨识的周期性信号；倒频谱能提取功率谱上的周期特征 细化复包络谱法通过对复包络谱进行复包络谱进行细化来诊断齿轮的异常状态 瀑布图法改变齿轮箱输入轴的转速并作出相应的振动功率谱，就可以得到瀑布图,齿轮箱传动系统振动的频谱分析法和转子、滚
8、动轴承的频谱分析在原理上是一致的。 齿轮的制造与安装误差、剥落、裂纹等故障会直接成为振动的激励源齿轮轴的回转为周期 表现为回转频率对啮合频率及其倍频的调制，在谱图上形成以啮合频率为中心、两个等间隔分布的边频带。 由于调频和调幅的共同作用，最后形成的频谱表现为以啮合频率及其各次谐波为中心的一系列边频带群。 边频带反映了故障源信息，边频带的间隔反映了故障源的频率，幅值的变化表示故障程度。 齿轮故障诊断实质上是对边频带的识别,3. 齿轮故障时域诊断方法在齿轮时域故障诊断中，时域平均法是一种有效方法。该方法能够从混有干扰噪声的信号中提取周期性的信号。这是因为随机干扰信号的不相关性，经多次叠加平均后便趋
9、向于零，而其中确定的周期分量仍被保留下来，以达到提高信噪比的目的。,比较频域方法和时域方法，可以发现，谱分析只需要用加速度传感器拾取一个信号，而时域分析则除了加速度传感器外，还需要一个时标信号；频域方法不能略去输入信息中的任何分量，因此待检的齿轮信号可能淹没在噪声中，而时域方法则能够有效地消除与时标周期无关的分量；频域方法仅靠边频带来反映个别齿的缺陷，而时域方法可以很直观地查出个别齿的节距误差，剥落与断裂现象。这些都是时域方法不可忽视的优点。,结论 鉴于倒频谱有使谱线定位明确和峰值突出优点，对于复杂齿轮传动系统的多种频率成分的边带调制信号分析尤其有利，常常以倒频谱分析作为齿轮箱精密诊断的基本分析方法之一。,本章结束！,
