基于LabVIEW和RMS幅值譜的齒輪故障診斷

1、第卷第期制造業(yè)信息化年月機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，基于和幅值譜的齒輪故障診斷張千鋒，林富生（武漢科技學(xué)院，湖北武漢）摘要：著重介紹了齒輪故障診斷幅值譜技術(shù)原理，通過應(yīng)用虛擬儀器開發(fā)軟件提取齒輪故障特征信息，實現(xiàn)齒輪故障診斷。關(guān)鍵詞：齒輪故障；故障診斷；虛擬儀器；中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：（）引言在機械設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)機械要占到以上，而齒輪又是各種旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最廣泛的一種機械零件。據(jù)統(tǒng)計，約的旋轉(zhuǎn)機械故障是由于齒輪的損壞引起的。所以對齒輪進(jìn)行故障診斷就顯得十分重要雜測試系統(tǒng)和測試儀器的主要方法和手段。是一套基于語言（，圖形化編程語言）的虛擬儀器開發(fā)軟件。它與、等編程語言不同，用圖標(biāo)、連線和框圖代

2、替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序代碼，是一種面向科學(xué)家、工程師的編程語言。以往對齒輪的故障檢測大多是利用分析和處理已獲得的故障振動信號，人為來判斷故障發(fā)生點和故障發(fā)生類型。這就使得齒輪故障檢測存在一定的局限性，不利于齒輪故障的識別和排除。本文提出了基于的齒輪故障診斷系統(tǒng)。此系統(tǒng)運用幅值譜變換對齒輪振動信號進(jìn)行特征參量的提取，并利用齒輪故障診斷的相關(guān)理論知識對信號的特征幅值及頻率參量進(jìn)行判別得到故障結(jié)論，從根本上彌補了原有檢測手段的不足，實現(xiàn)了齒輪故障診斷的系統(tǒng)化和智能化。虛擬儀器是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)有機結(jié)合的產(chǎn)物，它突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸和存儲等方面的限制，其特點是經(jīng)濟(jì)靈活、維護(hù)、擴展、升級方便。本

3、文通過運用虛擬儀器編程語言實現(xiàn)了齒輪幅值譜分析，簡化了程序的設(shè)計，降低了系統(tǒng)的成本，并實現(xiàn)了良好的人機界面；同時，便于以后系統(tǒng)的升級與維護(hù)。語言是的核心，它最佳地實現(xiàn)了模塊化編程思想。用戶可以將一個復(fù)雜的應(yīng)用程序分解為一系列簡單的子任務(wù)，為每一個子任務(wù)建立一個（），然后把這些組合在一起完成最終的應(yīng)用程序。每個子都可以單獨執(zhí)行、調(diào)試，提高了程序開發(fā)的效率，便于以后升級和維護(hù)。而且，它具備很強的信號處理能力，內(nèi)嵌豐富的實用函數(shù)庫，設(shè)計人員可以根據(jù)信號處理的不同需要，方便靈活地選用各種函數(shù)庫來組建測試系統(tǒng)。齒輪故障診斷幅值譜變換診斷方法齒輪故障診斷幅值譜變換診斷方法，主要是對齒輪的振動信號進(jìn)行分析。

4、齒輪振動主要來源于兩部分：一是由正常的交變載荷引起的振動，包括齒輪的固有振動和嚙合振動；二是與齒輪的誤差和故障有關(guān)的振動，例如磨損、局部異常等引起的振動。齒輪的振動頻率基本上可歸納為三類：軸的轉(zhuǎn)動頻率及其諧頻；齒輪的嚙合頻率及其諧頻；齒輪自身的各階固有頻率。齒輪的實際振動往往是上述振動的某種組合簡介隨著現(xiàn)代測試與儀器技術(shù)的發(fā)展，目前虛擬儀器概念已經(jīng)發(fā)展成為一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計思想，成為設(shè)計復(fù)收稿日期：作者簡介：張千鋒（），男，湖北仙桃人，碩士研究生。主要研究領(lǐng)域：機械設(shè)計及理論。齒輪振動的頻譜圖很復(fù)雜，除明顯的表示嚙合頻率的譜線及其諧頻的譜線外，還有許多按一定規(guī)律分布的小譜線，這就是在齒輪振動頻

5、譜中常見的邊頻帶。邊頻帶的產(chǎn)生是由于幾種動載荷同時作用在齒輪上，使其同時產(chǎn)生幾種振動，它們相互疊加產(chǎn)生了調(diào)制的結(jié)果。齒制造業(yè)信息化輪振動信號既有幅值調(diào)制又有頻率調(diào)制，這兩種調(diào)制在頻譜圖中均表示為在嚙合頻率及其諧頻的兩側(cè)各有一簇邊頻帶，各邊頻帶的間隔即是調(diào)制信號的頻率。通常載頻為嚙合頻率及其高階諧頻或其他高頻成分。齒輪振動的各調(diào)制邊頻可用下式表示：（）圖偏心齒輪的時域波形和頻譜（）（）±±其中：齒輪副的嚙合頻率；，主動齒輪和從動齒輪的轉(zhuǎn)動頻率；嚙合頻率的各階諧頻的序數(shù)；，主、從動齒輪轉(zhuǎn)動頻率的各階諧頻的序數(shù)。由上可知，齒輪的振動頻譜圖的譜線一般有：齒輪的轉(zhuǎn)動頻率及其低階諧頻、

6、齒輪的嚙合頻率及其倍頻、嚙合頻率的邊頻帶和齒輪幅的各階固有頻率等。其中，齒輪副的固有頻率是由于齒輪嚙合時齒間撞擊而引起的齒輪自由衰減振動，它們位于高頻區(qū)且振幅較小，易被噪聲信號淹沒。齒輪振動的頻譜圖包含豐富的信息，不同的振動特點，其相應(yīng)的譜線發(fā)生特定的變化，因而對齒輪各種工作狀態(tài)的頻譜進(jìn)行分析，從中可確定其故障。圖不同軸齒輪的時域波形和頻譜!（）圖局部異常齒輪的時域波形和頻譜（）齒輪故障診斷的實現(xiàn)通過設(shè)備及其對應(yīng)的測點與采樣時間，自動從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相應(yīng)齒輪的參數(shù)，并計算齒輪的理論故障頻率，然后對采集的故障信號進(jìn)行幅值譜分析，得到解調(diào)后的峰值譜及其對應(yīng)的峰值頻率與幅值；最后將理論的故障頻率與解調(diào)

7、后的峰值譜的峰值頻率進(jìn)行自動對比，從而確定出齒輪的故障類型和部位。圖不平衡齒輪的時域波形和頻譜確定齒輪的故障類型，并在前面板自動輸出診斷結(jié)論，確定齒輪故障類型。齒輪理論故障頻率的計算及實現(xiàn)由于具有不同軸故障的齒輪，因其振幅調(diào)制作用，會在頻譜上產(chǎn)生以各階嚙合頻率（，）為中心，以故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為間隔的一階邊頻族，即結(jié)論本文基于虛擬儀器的齒輪幅值譜解調(diào)分析在±（，）。同時，故障齒輪的旋轉(zhuǎn)特征頻率（，）在頻譜上有一定反映。而其典型故障的特征頻率不相同，在故障診斷時也不可能通過大量的故障試驗來確定每種齒輪的特征頻率。因此，應(yīng)采用以理論公式為依據(jù)計算出故障的特征頻率，并通過與頻譜分析結(jié)果進(jìn)行

8、對照以診斷出故障特征頻譜圖如圖所示。武鋼集團(tuán)港務(wù)公司斗輪減速機齒輪上通過驗證，能很好地診斷出故障齒輪的故障類型和部位。通過實現(xiàn)了齒輪幅值譜解調(diào)分析，人機界面友好，操作方便，而且系統(tǒng)應(yīng)用軟件維護(hù)，升級方便，為齒輪的故障診斷提供了一種先進(jìn)可靠的測試診斷方法。參考文獻(xiàn)：徐艷華，倪雁冰，楊志永基于虛擬儀器的機械振動測量技術(shù)組合機床和自動化加工技術(shù)，。幾種典型故障的時域與幅值譜診斷的實現(xiàn)采用幅值譜分析確定故障軸承的位置和故障模式，具體診斷過程如下所述。首先，在讀取信號數(shù)據(jù)后，對原始信號進(jìn)行幅值譜分析，在前面板圖形顯示區(qū)畫出幅值譜解調(diào)后的波形并輸出峰值頻率。然后將計算出的各理論故障頻率與幅值譜解調(diào)后得到的

9、各峰值頻率通過程序進(jìn)行自動對比，就可以楊樂平，李海濤，趙勇高級程序設(shè)計北京：清華大學(xué)出版社，徐章遂，房立清，王希武故障信息診斷原理及應(yīng)用北京：國防工業(yè)出版社，丁康齒輪及齒輪箱故障診斷實用技術(shù)北京：機械工業(yè)出版社，（下轉(zhuǎn)第頁）制造業(yè)信息化“后回車，命令行提示”“，輸入“后再：”回車，（即×的網(wǎng)格矩陣），然后在命令行中粘貼剪貼板中的數(shù)據(jù)，依次輸入全部節(jié)點坐標(biāo)值，結(jié)束后就得到了帽形曲面，如圖所示。圖更精確的繪制曲面曲面繪制精度的選擇與控制自變量和的取值范圍決定了曲面的大小，而圖在中自動生成數(shù)據(jù)它們的增量的大小則控制了曲面的擬合精度。增量越小，經(jīng)線和緯線的數(shù)量就越多，網(wǎng)格矩陣點的數(shù)量也越多，每個小綴面就越小，擬合生成的帽形曲面就越光滑，但在和中的計算量也越大。圖時在中繪為和的增量分別為和°制的曲面。數(shù)據(jù)格式已經(jīng)變成了“，就可以被，”正確讀取了。（）提取坐標(biāo)值。復(fù)制上表列數(shù)據(jù)到剪貼板后，就可以在中繪制曲面了。（）在中繪制曲面。在中運行（三維網(wǎng)格）命令。命令的原理為：用條經(jīng)線和條緯線將曲面分成個綴面，將依照一定規(guī)律依次讀取經(jīng)緯線的各個交點，形成的圖在中繪制的曲面結(jié)束語用這種方法得到的公式曲線、曲面含有大量的點陣信息，其結(jié)果可以同其