齒輪和滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷_圖文

1、西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文齒輪和滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷姓名:陳進(jìn)申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):航空宇航推進(jìn)理論與工程指導(dǎo)教師:廖明夫20060301 孑弘擊譬陵士學(xué)位論文第三章齒輪和滾動軸承的振動測試采樣頻率限制了信號處理分析頻率的最高頻率。為實(shí)現(xiàn)同步整周期數(shù)據(jù)采集,對NI所提供的功能函數(shù)進(jìn)行了二次開發(fā)。調(diào)理后的轉(zhuǎn)速信號作為外觸發(fā)電平信號進(jìn)入A/D卡,觸發(fā)晶振20MHZ的計數(shù)器,由此得到采集時間間隔(或采樣率,啟動A/D進(jìn)行采樣。 圖3.4信號調(diào)理器的前面板Fig.3。4The front of the signal condffioner 圖3.5信號調(diào)理器的后面板信號調(diào)理器對信號起放大、濾波

2、、供電等作用,從而使信號與A/D板相匹配。實(shí)驗(yàn)中采用的CAMD一6200型信號調(diào)理器的前、后面板如圖3.4、圖3.5所示。該信號調(diào)理器可同時接入4通道振動信號和1通道轉(zhuǎn)速信號。調(diào)理器的前面板(見圖3.4連接轉(zhuǎn)速信號和振動信號,Rpm為轉(zhuǎn)速信號接口:CHICH4為振動加速度信號輸入口:POWER鍵為電源開關(guān)。Rpm接口為P.84接口,它是專為德國SCHENCK公司生產(chǎn)的P一84型光電式傳感器而設(shè)計的,用它來測取轉(zhuǎn)速,使用時需在轉(zhuǎn)軸上粘貼專用的反光紙。后面板(如圖3.5所示為電源插座(交流220V,輸出總線。A/D板安裝在 !蘭蘭!蘭雯塑學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計及故障診斷流程第

3、四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計及故障診斷流程4.1齒輪故障診斷的實(shí)驗(yàn)設(shè)計 圖4.1齒輪故障診斷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖【3叫齒輪故障診斷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4.1所示,其真實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置見圖4.2。它由JZQ一250型齒輪減速器、交流驅(qū)動電機(jī)、變頻器和TJ2.100型制動器等部件組成。圖4。1中的齒輪箱內(nèi)有3根轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸I上裝載著齒輪1,轉(zhuǎn)軸II上裝載著齒輪2和3,轉(zhuǎn)軸III上裝載著齒輪4,其中齒輪1和齒輪嚙合,齒輪3和齒輪4嚙臺?？梢娫擙X輪減速器結(jié)構(gòu)比較簡單,可以把齒輪l和齒輪2的嚙合傳動以及齒輪3和齒輪4的嚙合傳動視作兩組單級傳動系統(tǒng),這為第五章中利用信號周期分段處理法診斷單級傳動齒輪故障提供了模擬實(shí)

4、驗(yàn)條件。齒輪1至齒輪4的齒數(shù)依次為35、64、18和81。減速器、交流電機(jī)和制動器均固定在實(shí)驗(yàn)臺上。變頻器控制和調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置。齒輪箱的扭矩負(fù)載由制動器提供,負(fù)載的大小可通過制動器上的力簧調(diào)整。這種加載負(fù)載的方式與實(shí)際工況相似,且結(jié)構(gòu)簡單。聯(lián)軸器上貼有反光紙,與光電傳萬弘量擊乎碩士學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計廈故障診斷流程感器配合使用。光電傳感器為振動采集提供鍵相信號,同時測量軸I和電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖4.1中虛框內(nèi)為齒輪振動測試系統(tǒng),加速度傳感器測得的振動信號經(jīng)電荷放大器,送至CAMD一6100型信號調(diào)理器預(yù)處理,最后送至計算機(jī),用自行開發(fā)的齒輪、軸承故障監(jiān)

5、測及診斷軟件“HSGD3000”進(jìn)行分析處理。本文主要研究了齒輪崩齒故障以及單級傳動齒輪副故障,實(shí)驗(yàn)中選取齒輪1和齒輪2作為故障診斷對象,加速度傳感器放置在齒輪1附近,信號采集與齒輪1轉(zhuǎn)速同步。需要說明的是,JZQ一250型齒輪減速器轉(zhuǎn)軸I、II兩端軸承皆為406型滾動軸承,轉(zhuǎn)軸III兩端采用412型滾動軸承。 圖4.2齒輪故障診斷實(shí)驗(yàn)裝置圖本文采用加速度傳感器測量齒輪箱體的振動信號,傳感器可置于各軸承座附近,也可安裝在箱體的側(cè)壁。傳感器的安裝位置在實(shí)驗(yàn)中非常重要,能否正確的安裝傳感器對振動信號的測量效果有重要影響。這是因?yàn)?齒輪被齒輪箱嚴(yán)密的封閉著,對齒輪的故障監(jiān)測和診斷不能直接進(jìn)行,即齒輪

6、的振動信號并不能直接測取。所測得的齒輪振動信號是經(jīng)過齒輪軸、軸承之后才到達(dá)箱體表面的測點(diǎn)位置,復(fù)雜的傳遞途徑難免會造成頻率成分和幅值大小產(chǎn)生變化,使測量結(jié)果的分析復(fù)雜一些。測取的振動信號中不單有齒輪振動信號,還有軸承的振動信號以及箱體振動信號等,使得獲取的振動信號成分比較復(fù)雜。正確安裝傳感器,使得獲取的振動信號能正確的反映齒輪的工況,是一個需要注意的問題。在此提出一個“就近原則”。所謂“就近原則”,就是在監(jiān)測或者型蘭蘭塑圭蘭墊婆奎莖璺蘭查笙塑莖望塑至鏊墮堡墮壅望望塑墨墼墮堡墅鎏堡診斷某一齒輪時將傳感器安裝在該齒輪附近的箱體表面上,一般放在該齒輪轉(zhuǎn)軸軸承座正上方。傳感器在齒輪箱上的安裝位置示意圖

7、如圖4.3所示。圖4.3傳感器在齒輪箱上安裝位置示意圖DOl 圖4.4齒輪l上崩齒故障孑弘歹量壬掌碩士學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計廈故障診斷流程 圖4,5齒輪2上崩齒故障4.2滾動軸承故障診斷的實(shí)驗(yàn)設(shè)計滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4.6所示,其真實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置見圖4.7。轉(zhuǎn)予兩端支承均選用307型滾動軸承,其幾何參數(shù)如表4.1所示。模擬故障軸承置于轉(zhuǎn)子右支承端,如圖4.7所示,軸承座上有加速度傳感器一端。軸承座可以拆卸,以便更換不同故障類型的軸承。聯(lián)軸器上貼有反光紙作為相位起始標(biāo)志,光電傳感器提供轉(zhuǎn)速和鍵相信號。置于有故障軸承附近的加速度傳感器測得的振動信號經(jīng)電荷放大器,送至

8、CAMD-6100型信號調(diào)理器處理,最后由裝于計算機(jī)的自行研制的齒輪、軸承故障監(jiān)測及診斷軟件系統(tǒng)“HSGD3000”分析與處理。 圖4.6滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖【301!坐三!蘭!曼主蘭壁堡壅蘭璺童塑竺塑鎏墊期承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計及故障診斷流程 圈4.7滾動軸承故障診斷買驗(yàn)裝營圖表4.1307型滾動軸承的幾何參數(shù)本文模擬了滾動軸承的外環(huán)劃痕故障(見圖4.8。劃痕故障是利用機(jī)械沖擊而成,均是在軸承元件未淬火時制造的。劃痕故障與轉(zhuǎn)軸所在方向平行,故障寬度約為0.25mm,深度約為1ram,軸向長度約為4mm。 圈4.8滾動軸承外環(huán)單處劃痕故障4.3齒輪、滾動軸承故障監(jiān)測及診斷系統(tǒng)HSGD30

9、00 翌竺蘭!蘭學(xué)碩士學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計及故障診斷流程在應(yīng)用故障診斷軟件“HSGD3000”對齒輪、滾動軸承進(jìn)行故障監(jiān)測和診斷時,首先要搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在實(shí)驗(yàn)器上安裝好傳感器;傳感器測得的信號首先接入信號調(diào)理器進(jìn)行預(yù)處理,再通常A/D卡,將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量;然后用自行開發(fā)的監(jiān)測、診斷軟件系統(tǒng)HSGD3000進(jìn)行分析處理;HSGD3000齒輪、滾動軸承故障診斷系統(tǒng)具有頻譜、時域平均、包絡(luò)解調(diào)、自相關(guān)分析、倒頻譜等傳統(tǒng)分析方法,更有信號周期分段處理、時延相關(guān)解調(diào)兩種自行研究、開發(fā)的故障診斷方法。整個故障診斷工作流程如圖4.9所示。軟件系統(tǒng)HSGD3000診斷齒輪和滾動軸

10、承故障的有效性,首先必須通過仿真信號的校驗(yàn)。由于仿真信號成分簡單,各分量的幅值和頻率可自行調(diào)節(jié),便于控制和選擇合適的信號。同時仿真信號對應(yīng)的譜圖非常清晰,一目了然,使得軟件系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、有效性和可行性立即清楚的呈現(xiàn)出來。由于齒輪和滾動軸承信號帶有調(diào)制特征.現(xiàn)生成一調(diào)幅仿真信號,該信號記為:工0;4.0×sin(2a×62.5f×sin(2x4500/+2.5x sin(2x45000+5×RandG(O,1仿真信號中,載波頻率為4500Hz,調(diào)制波頻率為62.5Hz,RandG(0,1為高斯白噪聲。以低頻調(diào)制波信號的周期為采樣周期,連續(xù)采樣8周期,每周期

11、采集1024點(diǎn)。下面將利用HSGD3000診斷系統(tǒng)對該仿真信號進(jìn)行分析。 圖4.10仿真信號的時域波形及頻譜the simulated signalHSGD3000診斷系統(tǒng)的主監(jiān)測界面如圖4.10所示。界面上半部為時域波形,下半部為頻譜圖。圖中所示信號為數(shù)字仿真調(diào)幅信號。頻譜圖上可清晰看到信號蘭竺三!蘭蘭碩士學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計疑故障診斷流程的載頻和載頻兩側(cè)的調(diào)頻。 圈4.11仿真信號的時域平均波形及頻譜 圖4.12數(shù)字仿真信號的白相關(guān)分折signal噪聲信號的自相關(guān)函數(shù)隨時延的增大很快趨于零,所以自相關(guān)函數(shù)可以從隨機(jī)信號中檢測周期信號,具有顯著的降噪效果。同時對信號做

12、自相關(guān)分析并不改變該信號的調(diào)制特征。圖4.12為數(shù)字仿真調(diào)制信號自相關(guān)分析的時延波形和相應(yīng)頻譜圖。從圖中可清晰看到自相關(guān)分析的良好降噪效果,而且信號經(jīng)過自相關(guān)分析后不改變信號的調(diào)制特征。!蘭三查塑壘紲笙主 圖4.13仿真信號的包絡(luò)解調(diào)Fig.4-.13The envelope of the simulated signal對信號進(jìn)行Hilbert變換,進(jìn)而得到包絡(luò)波形和包絡(luò)譜的分析方法即為包絡(luò)分析。圖4.13為數(shù)字仿真調(diào)制信號的包絡(luò)解調(diào)分析,包絡(luò)譜中的峰值對應(yīng)的正是62.5Hz的低頻,但由于噪聲影響,包絡(luò)譜中存在大量噪聲頻率成分,給故障診斷帶來干擾。 圖4.14仿真信號的周期分段處理42萬弘歹量士或磺士學(xué)位論文第四章齒輪和滾動軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計及故障諺斷流程效地診斷齒