故障診斷發(fā)展上課講義

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的功能越來越多， 性能 指標(biāo)越來越高， 組成和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜， 自動(dòng)化程度也越來越高， 在現(xiàn)代工業(yè)化 生產(chǎn)中的作用和影響顯得越來越大。 這些發(fā)展降低了生產(chǎn)成本， 提高了勞動(dòng)生產(chǎn) 率，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了能源，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的客觀要求；但是，從機(jī)械 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，其設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等都相應(yīng)地提出了更高 的要求，這些設(shè)備一般都是機(jī)械、能源、石化、冶金、運(yùn)輸、航空航天等其他國(guó) 民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵重要設(shè)備，在運(yùn)行過程中內(nèi)部的受力、熱應(yīng)變、摩擦、 磨損、安裝不良、維護(hù)不當(dāng)?shù)戎骺陀^因素作用，一旦發(fā)生故障，輕則造成停機(jī)、 停產(chǎn)，影響正常

2、生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量， 造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失， 重則造成機(jī)毀人亡的重 大災(zāi)難性事故， 帶來不良的社會(huì)影響 1,2。近年來，國(guó)內(nèi)外由于機(jī)械設(shè)備故障引起 的災(zāi)難性事故很多， 2000年 9 月，三峽大壩工地發(fā)生了一起由于吊耳根部裂縫 引起的截帶機(jī)斷裂嚴(yán)重事故，造成 3人死亡， 30多人受傷，產(chǎn)生了極壞的社會(huì) 影響3；2003年2月 1日，美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)由于泡沫隔絕工藝上存 在缺陷，致使泡沫從航天飛機(jī)的外部油箱上脫落下來， 造成返航著陸前爆炸解體， 7 名宇航員身亡的人類航天史上的重大災(zāi)難 4 。2003年 4 月我海軍一艘 361號(hào)常 規(guī)動(dòng)力潛艇在內(nèi)長(zhǎng)山以東我領(lǐng)海進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，因機(jī)械故障失事，艇

3、上 70 名官兵 不幸全部遇難 5。2003年9月至 2004年2月，在浙贛線、古太線、京滬線等處， 發(fā)生 4 次因機(jī)車車軸疲勞斷裂和 1次因車輪疲勞斷裂造成的貨物列車脫軌重大事 故，直接與間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 20億元人民幣6。2004年 2月 18日上午，伊朗東北 部呼羅珊省一列裝有燃料和化學(xué)物品的列車發(fā)生強(qiáng)烈爆炸，造成近320 多人死亡，450多人受傷， 5 個(gè)村莊遭到嚴(yán)重?fù)p毀， 造成至少 2750萬美元的經(jīng)濟(jì)損失 7。 2005年 2月 14日 15時(shí)，遼寧省阜新礦業(yè) （集團(tuán)）有限責(zé)任公司孫家灣煤礦海州立 井發(fā)生一起特別重大瓦斯爆炸事故，共造成 214人死亡， 30人受傷，直接經(jīng)濟(jì) 損失 4

4、968.9萬元8 。2005年8月 6日，哥倫比亞西加勒比航空公司的一架麥道 82 客機(jī) 16日從巴拿馬飛往法屬馬提尼克島的途中， 在委內(nèi)瑞拉西部山區(qū)由于發(fā) 動(dòng)機(jī)故障而墜毀，機(jī)上 152名法國(guó)乘客和 8 名機(jī)組人員全部遇難 9。2006年 1 月 20日 19時(shí)許，青藏鐵路兩列工程車由于機(jī)械故障造成火車追尾，致使1死8傷的嚴(yán)重事故 10。北京時(shí)間 2006年7月 9日6 時(shí)50分，俄羅斯一架從莫斯科出發(fā) 飛往伊爾庫茨克的客機(jī) A310 在降落時(shí)由于制動(dòng)系統(tǒng)液壓剎車裝置失靈而沖出跑道，造成火災(zāi)，致約 150人死亡，多人受傷。且繼 9 日發(fā)生重大空難后， 10 日又有 3架飛機(jī)因引擎故障緊急著陸

5、11。2007年 4月 18日 7時(shí)45分左右，遼寧 省鐵嶺市清河特殊鋼有限公司發(fā)生鋼水包滑落事故，裝有 30 噸鋼水的鋼包在吊 運(yùn)下落至就位處 2-3 米時(shí)，由于單位管理不善、起重設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)故障而突然滑 落，鋼水撒出，沖進(jìn)車間內(nèi) 5 米遠(yuǎn)的一間房屋，造成在屋內(nèi)正在交接班的 32 人 全部死亡， 2 名操作工輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 866.2萬元的嚴(yán)重事故，這是多年 來冶金行業(yè)最慘痛的事故 12。2008年3月 2日 4時(shí)左右，山西省朔州市平魯區(qū)馮 家?guī)X煤礦由主斜井提升機(jī)皮帶起火發(fā)生火災(zāi)事故，造成9 人死亡、 6 人受傷13。2008年 6月 20日，寧夏吉元冶金有限公司 2號(hào)爐，熔融的硅鐵出

6、爐時(shí)，鋼包脫 落，鐵水遇水引發(fā)爆炸，共造成 2人死亡、 3人重傷、 11人輕傷14。2008年 8 月20日14時(shí)45分西班牙航空公司EC-HFP號(hào)麥道82型客機(jī)在西班牙馬德里巴 拉哈斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛時(shí)沖出跑道， 機(jī)身斷裂成兩半并燃起大火， 造成 1 53人死亡， 19 人受傷的重大空難 15 。因此，對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷， 消除故障隱患， 防止重大事故發(fā)生，已成為當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域的重要研究課題之一。從 20 世紀(jì) 60 年代末期開始，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 測(cè)與故障診斷技術(shù)的理論、 技術(shù)、方法及其工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量深入的研 究。特別是近 20 年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不

7、斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普 及，已成為一門以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)， 以預(yù)報(bào)和診斷設(shè)備故障為目的較為完整 的新興邊緣綜合性工程學(xué)科。 應(yīng)用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)， 不僅可以發(fā)現(xiàn)早期故障， 避免惡性事故的發(fā)生， 還可以從根本上解決設(shè)備定期維修中的維修不足和過剩維 修的問題。譬如，日本采用故障診斷技術(shù)后，事故發(fā)生率減少了75%，維修費(fèi)降低了 2550%;美國(guó)Pekrul發(fā)電廠實(shí)施故障診斷技術(shù)的生產(chǎn)與投入比高達(dá)36： 1；我國(guó)冶金行業(yè)每年用于設(shè)備維修的費(fèi)用高達(dá)250億元，若推廣故障診斷技術(shù)， 則每年可以減少事故 5070%，節(jié)約維修費(fèi)用 1030%16。由此可見， 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān) 測(cè)與故障診斷不僅可以保

8、證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修制度由 “事后維 修”到“預(yù)知維修”的科學(xué)轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)和設(shè)備的管理水平，而且還可以避免 重大事故的發(fā)生，降低事故的危害性，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和積極的社會(huì)效應(yīng)。齒輪傳動(dòng)由于其承載能力大、傳動(dòng)比固定、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，是改 變轉(zhuǎn)速和傳遞動(dòng)力最常用的傳動(dòng)部件， 因此齒輪箱成為機(jī)械設(shè)備一個(gè)重要的子系 統(tǒng)。近年來，隨著機(jī)械設(shè)備特別礦山冶金機(jī)械向重載、高效方面的發(fā)展，對(duì)齒輪 傳動(dòng)的承載能力、 傳動(dòng)精度、 無故障工作時(shí)間、 振動(dòng)和噪聲等方面的要求越來越高。由于齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行過程中會(huì)受到力、熱及摩擦、磨損等作用，其 運(yùn)行狀態(tài)不斷發(fā)生變化， 由此而引發(fā)的齒輪故

9、障時(shí)有發(fā)生， 導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的整體 性能下降， 乃至造成嚴(yán)重設(shè)備事故和重大經(jīng)濟(jì)損失。 譬如，行駛中機(jī)車的齒輪箱 故障將直接造成嚴(yán)重事故； 礦山機(jī)械的提升機(jī)齒輪箱故障造成的停機(jī)損失難以估 計(jì)；水泥行業(yè)，水泥磨齒輪箱故障使水泥產(chǎn)量每年減少 200萬噸以上； 1992年太 原鋼鐵公司制氧車間內(nèi)制氧設(shè)備上的一對(duì)高速齒輪突然發(fā)生故障， 造成該公司的 所有煉鋼、 軋鋼分廠運(yùn)行癱瘓， 導(dǎo)致整個(gè)公司停產(chǎn)檢修三天， 同時(shí)緊急從德國(guó)空 運(yùn)設(shè)備所需的高速齒輪對(duì)， 使公司蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 由此可見， 齒輪箱一 旦發(fā)生故障， 往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。 因此，必須在事故發(fā)生前診斷出故障并加 以消除，亦即在齒輪運(yùn)行過程中

10、對(duì)其運(yùn)行狀況及時(shí)作出準(zhǔn)確判斷， 采取相應(yīng)的對(duì) 策消除事故隱患， 杜絕事故的發(fā)生。 這樣就可以大大提高機(jī)器運(yùn)行的可靠性和有 效工作時(shí)間， 為機(jī)器設(shè)備的正常維護(hù)和檢修合理地安排時(shí)間、 進(jìn)一步提高機(jī)器的 使用率，從而為企業(yè)節(jié)省大量的資金。 因此，對(duì)齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障 診斷具有重大的現(xiàn)實(shí)意義， 齒輪箱故障診斷技術(shù)的研究和應(yīng)用也是非常重要的課 題。1.2 故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合性技術(shù)，涉及振動(dòng)理 論、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)、電子、聲學(xué)、光學(xué)、人工智能、模糊數(shù)學(xué)等眾多知識(shí)領(lǐng) 域，最早起源于美國(guó)， 1967 年在美國(guó)國(guó)家宇航局（ NASA ）的創(chuàng)導(dǎo)下

11、，由美國(guó)海 軍研究室（ONR）主持成立了美國(guó)“機(jī)械故障預(yù)防小組（MFPG）”；在英國(guó)，60 年代末 70 年代初期，以科拉科特為首的“英國(guó)機(jī)器保健中心（ U.K. Mechanical Health Monitorin Center ）”率先開展研究工作，并取得了很好效果；歐洲其他國(guó) 家在某些方面的故障診斷技術(shù)研究占據(jù)領(lǐng)先地位， 如瑞典的 SPM 軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)， 挪威的船舶診斷技術(shù)，丹麥的振動(dòng)、噪聲分析儀器及聲發(fā)射技術(shù)等；在日本，設(shè) 備診斷技術(shù)在民用工業(yè)（如鋼鐵、化工、鐵路等）部門發(fā)展迅速，其診斷儀器如 小野 VM 系列振動(dòng)簡(jiǎn)易測(cè)試儀器，也占有一定優(yōu)勢(shì)。我國(guó)故障診斷技術(shù)起步較晚， 1983 年

12、南京首屆設(shè)備診斷技術(shù)專題座談會(huì)開 始，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)、人工智能、微電子技術(shù)等的發(fā)展，各高校，如清華 大學(xué)、東南大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、鄭州大學(xué)；各研究單位，如北 京東方振動(dòng)與研究所， 在設(shè)備故障診斷的理論、 技術(shù)方法、 診斷儀器等方面都進(jìn) 行了深入的研究和工程應(yīng)用， 取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 目前， 國(guó)內(nèi)外 故障診斷技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）故障信息的獲取設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷首先要獲取可靠的能準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的相 關(guān)信息，如振動(dòng)和噪聲、 溫度等， 這些信息的可靠性和完備性是故障診斷結(jié)果正 確與否的前提和關(guān)鍵。 根據(jù)獲取方式和手段的不同， 故障診斷技術(shù)

13、可分為： 振動(dòng) 故障診斷技術(shù)、油液分析法、超聲和聲發(fā)射技術(shù)和紅外監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)等。對(duì)設(shè)備實(shí)施準(zhǔn)確故障診斷傳感器最為關(guān)鍵，一般將傳感器布置在設(shè)備診斷核 心部件的關(guān)鍵點(diǎn)和容易發(fā)生劣化的易損點(diǎn)， 以保證振動(dòng)信號(hào)測(cè)量的有效性， 而且 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用多傳感器組合方式來拾取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息， 多種傳感器的合理 選擇和優(yōu)化配置是獲取所需信息完備性和正確性的基本條件。 優(yōu)化配置準(zhǔn)則有識(shí) 別誤差最小準(zhǔn)則、插值擬合準(zhǔn)則等，優(yōu)化方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等，為 了從多測(cè)點(diǎn)、多傳感器采集的信號(hào)樣本中提取有用信息， 數(shù)據(jù)融合技術(shù)、 數(shù)據(jù)挖 掘技術(shù)被廣泛應(yīng)用。（2）故障機(jī)理的研究 故障機(jī)理研究是故障診斷的理論基礎(chǔ)，是獲得

14、準(zhǔn)確可靠診斷結(jié)論的重要保 證。它以高等代數(shù)、 線性和非線性動(dòng)力學(xué)理論、 高等動(dòng)力學(xué)、 材料力學(xué)、摩擦學(xué)、 振動(dòng)與噪聲、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)等為基礎(chǔ)，根據(jù)所研究對(duì)象的特點(diǎn)和規(guī)律，結(jié)合計(jì) 算仿真和實(shí)驗(yàn)研究， 建立故障對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型， 明確故障的動(dòng)力學(xué)特性， 了 解故障的形成與發(fā)展過程， 從而掌握故障的產(chǎn)生原因過程及故障與特征之間的復(fù) 雜關(guān)系。國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者，如美國(guó)學(xué)者 Sohve、Bently、Muszynska、日本安田 千秋，國(guó)內(nèi)的高金吉院士、徐敏教授、陳雪峰博士、韓捷教授、聞邦椿院士、鐘 掘院士、褚福磊教授、 孟光教授、 陳予恕院士等對(duì)機(jī)械設(shè)備的典型故障機(jī)理進(jìn)行 了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研

15、究工作，取得許多重要的結(jié)論1727。當(dāng)前，非線性機(jī)械系統(tǒng)的故障機(jī)理及其診斷技術(shù)的理論、 實(shí)驗(yàn)研究、 工程化應(yīng)用研究仍然是當(dāng)前 具有挑戰(zhàn)性的熱門研究?jī)?nèi)容。（3）信號(hào)處理及故障特征提取技術(shù) 信號(hào)處理與故障特征提取技術(shù)通過對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行有效的分析與 處理，提取出能敏感反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的故障特征信息， 是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確判 斷和故障診斷的前提和重要環(huán)節(jié)， 已成為設(shè)備故障診斷領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究方向。近幾十年來，信號(hào)處理和特征提取技術(shù)經(jīng)歷了由時(shí)域頻域時(shí)頻域的復(fù)雜 發(fā)展過程。傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的經(jīng)典信號(hào)分析方法， 如頻譜分析、 倒頻譜分 析、細(xì)化分析、時(shí)間序列分析、全息譜分析 28、Hilber

16、t 包絡(luò)解調(diào)分析 29、同態(tài)濾 波解調(diào)技術(shù) 30等在故障診斷工程應(yīng)用中取得了巨大的成果。 但是傅里葉變換是建 立在信號(hào)平穩(wěn)性假設(shè)條件下的一種時(shí)域和頻域的全局性變換， 對(duì)分析平穩(wěn) （或準(zhǔn) 平穩(wěn)）過程的振動(dòng)信號(hào)是十分有效， 但對(duì)非平穩(wěn)性信號(hào)則能力有限， 不能很好地 提取非平穩(wěn)性信號(hào)的特征。由于機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中由于阻尼、剛度、彈性力等非線性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的 非線性，反映在其振動(dòng)信號(hào)上也具有非平穩(wěn)性。當(dāng)設(shè)備發(fā)生沖擊、碰摩、裂紋點(diǎn) 故障時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)非平穩(wěn)性，因此非平穩(wěn)性是設(shè)備存在故障的表征。 對(duì)于這些非平穩(wěn)性振動(dòng)信號(hào)必須用非平穩(wěn)信號(hào)處理方法，如短時(shí)傅里葉變換 （ Short Time Four

17、ier Transform，STFT）、Wigner-Ville 分布、小波變換 3133（ Wavelet Tran sform, WT ）、Hilbert-Hua ng變換34,35、高階統(tǒng)計(jì)量分析（HOS）昭等時(shí)頻分 析方法。國(guó)內(nèi)外許多高校、 研究單位的專家學(xué)者對(duì)這些非平穩(wěn)信號(hào)處理方法作了 深入廣泛的研究，并取得了很多成果。對(duì)于小波分析的研究現(xiàn)狀這里不再介紹， 下面1.3節(jié)中還會(huì)著重介紹一下高階統(tǒng)計(jì)量分析（HOS）的研究現(xiàn)狀。（ 4）監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究 監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)包括軟件的研究，是利用現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)技 術(shù)開發(fā)和研制而成的， 是故障診斷的各種理論和方法的集中體現(xiàn)，

18、只有監(jiān)測(cè)與診 斷系統(tǒng)的成功研究才能帶來好的經(jīng)濟(jì)效益。 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了許多監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) 16，典型的產(chǎn)品有：美國(guó) Bently 公司的 3300、 3350和 EA3.0 故障診斷系統(tǒng)， Scientific Atlanta 公司的 M600 系統(tǒng)，丹麥 BK 公司的 BK3450 型系統(tǒng)，荷蘭 ABB 公司的 MMC 系統(tǒng)和 VIBRO METER 公司的 MMS 系統(tǒng)， 法國(guó)的 PSAD 系統(tǒng)以及德國(guó) SCHENCK 公司的 VIBROCONTROL2000 和 VIBROCAM5000 系統(tǒng)，日本三菱重工研制的 MHMS 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 國(guó)內(nèi)具有代表性的產(chǎn)品

19、有北京東 方振動(dòng)與噪聲研究所的 INV303/306 系統(tǒng)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究所的 HG6802 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)，南京汽輪機(jī)研究所的電站汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（ QLFDMS 系統(tǒng)）和風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) （ FJYJMS 系統(tǒng)），浙江大學(xué)、 清華大學(xué)聯(lián)和哈爾濱聯(lián)合研制的 ZHX - 10型200MW汽輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)與故障 診斷系統(tǒng)，清華大學(xué)與北京自動(dòng)化研究所研制BB1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷安全保護(hù)系統(tǒng)，華中科技大學(xué)的 HZ-1 型汽輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)與故障診斷系 統(tǒng)。舉例仿真：假設(shè)一級(jí)傳動(dòng)齒輪箱的輸入軸轉(zhuǎn)頻 fri = 12.4Hz,主動(dòng)齒輪齒數(shù)Z1 = 23;從動(dòng) 齒輪(

20、設(shè)為故障齒輪)齒數(shù) Z2= 57,計(jì)算得從動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)頻fr2= 5.0Hz,嚙合振 動(dòng)頻率為fm = 285.2Hz,采樣頻率為4000Hz?？紤]嚙合頻率的前3階次時(shí)，當(dāng)振 動(dòng)信號(hào)具有調(diào)幅和調(diào)相時(shí),即假設(shè)為：x(t) 5 1a1(t)cos 2fmtb1(t)15 1a2(t)cos 22 fmtb2(t)8 1 a3(t) cos 2 3fm t b3(t)2* randn(size(t)( 4-15)其中：a1(t)2cos 2fr2tcos 2 2 fr2t0.5 2 3fr2t ;a2(t)4cos 2fr2t2cos 2 2 fr2t cos 2 3fr2t;a3(t)1.5cos2

21、 fr2t cos 22fr2t 0.5cos 2 3fr2t;b1(t)cos 2fr2t 0.5cos 22fr2t;b2(t) 1.5cos 2 fr2t0.75cos 2 2fr2t ;b3(t) cos 2 fr 2t 。JID o D o o D5 0 5 5 o1 1 /St4n._80309010100 200 300 400 500 600 700 SOO 9D0 1000 f/Hz邊帶不對(duì)稱圖4-2為仿真信號(hào)x(t)的時(shí)域波形及其幅值譜，由時(shí)域信號(hào)可知，具有明顯的調(diào)制現(xiàn)象，且呈周期變化，周期為Ts=0.2s，即故障調(diào)制頻率為fs=5Hz;幅值譜中主要有嚙合頻率fm=285.

22、2Hz及其諧波(以2次諧波2fm為主)，同時(shí)在他們 周圍存在大量的不對(duì)稱的調(diào)制邊帶成分，由于頻率分辨率太低，很難準(zhǔn)確確定其調(diào)制頻率。為此用Hilbert包絡(luò)解調(diào)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4-3所示。(£?50302050J050O20O25003圖4-3仿真信號(hào)的包絡(luò)波形及其解調(diào)譜Fig. 4-3 En velope curve and its spectrum of emulati onal sig nal由圖4-3可知，包絡(luò)解調(diào)譜中主要為fr2=5Hz及其諧波分量，即調(diào)制頻率。 這與時(shí)域調(diào)制波形是相符的，同時(shí)也驗(yàn)證了題目齒輪Z2=57為故障齒輪的假設(shè)。另外，從圖4-2也可看出，當(dāng)齒輪箱振

23、動(dòng)信號(hào)同時(shí)具有調(diào)幅和調(diào)相時(shí)，在嚙 合頻率fz及其諧波周圍的邊帶不對(duì)稱，這與理論也相吻合。當(dāng)齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中只存在調(diào)幅現(xiàn)象而沒有調(diào)相時(shí)，式（4-15）中的b1（t） =b2（t） = b3（t）= 0;貝U其時(shí)域信號(hào)和幅值譜如圖4-4所示。:|0220onnO.30./S353n251510002對(duì)稱邊帶40oGonuFiLonozf/H由圖4-4可知，齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中僅有調(diào)幅現(xiàn)象時(shí)，其時(shí)域波沒明顯差別，而其幅值譜中以嚙合頻率及諧波為中心的邊帶是對(duì)稱的。另外，其包絡(luò)波形及其解調(diào)譜完全相同。2008年4月份對(duì)該齒輪箱為全載時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)易診斷和振動(dòng)加速度信號(hào)拾取， 采樣頻率為fs= 8KHz，儀器主要

24、有 BZ-8701A、YD36-14100加速度傳感器、 INV306智能采集儀、DLF-8放大器和DSP2000專業(yè)版信號(hào)分析系統(tǒng)。簡(jiǎn)易測(cè)試 時(shí)發(fā)現(xiàn)3號(hào)齒輪箱的測(cè)點(diǎn)4振動(dòng)烈度達(dá)20.8mm/s，屬嚴(yán)重超標(biāo)，必須停車來進(jìn) 一步精密診斷分析以確定故障原因及其部位。圖6-2為YD36型傳感器采集的齒輪箱軸承座上的振動(dòng)加速度信號(hào)及其幅值 譜，由圖可知，時(shí)域信號(hào)具有明顯的調(diào)幅現(xiàn)象，幅值譜中的頻率成分主要是二級(jí) 嚙合頻率 fg2 (133.6Hz)及其 2 倍頻 2 fg2 (267.2Hz)，一級(jí)嚙合頻率 fg1 (372.6Hz) 及能量最為突出的2倍頻2 fg1 (745.2 Hz)、3 fg1 (1117.8 Hz)，根據(jù)齒輪傳動(dòng)的 故障特征頻率可知，該齒輪箱一級(jí)嚙合和二級(jí)嚙合上齒輪可能存在故障，但由于頻率分辨率低，對(duì)其邊頻無法識(shí)別，因此不能判斷到底是哪個(gè)齒輪有故障。為此 以下采用小波分析、Hilbert包絡(luò)解調(diào)分析等