设备状态监测与故障诊断剖析.doc

目 录 （适用于课程论文、提交报告） 1 一、 论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法 1 1.1 齿轮啮合频率的产生机理 1 1.1.1 概述 1 1.1.2 齿轮的振动机理 2 1.2 齿轮故障诊断的方法 5 1.2.1齿轮的故障类型 5 1.2.2 齿轮故障的特征信息 5 1.2.3 齿轮故障诊断的常用方法 9 1.3 实例分析 12 1.4 小结 14 二、滚动轴承故障的特征频率推导计算 14 2.1 滚动轴承故障特征频率的经验公式 14 2.2 滚动轴承故障的特征频率推导计算 14 三、 煤气鼓风机状态监测与智能故障诊断 16 3.1概述 16 3.2煤气鼓风机组成及参数 17 3.3煤气鼓风机系统的测点布置 17 3.4系统硬件构成图及硬件要求 18 3.5系统控制室框架构成 20 3.6系统的功能模块组成 20 四、 感悟和致谢 21 论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法 齿轮是现代工、农业生产设备中极其重要的传动零件，由于其在工作过程中长期承受各种交变载荷、冲击和摩擦力的作用或其本身在制造过程中留下了缺陷，齿轮相对于其他部件较容易出现故障甚至损坏。生产设备中的齿轮发生故障，轻者会使生产设备所加工出来的产品不符合标准要求，重者会导致生产设备停车，从而给生产企业造成经济损失，同时也担误了工时。因此，为了尽可能将这些不确定的机械故障所引起的经济损失降到最低，需要我们在故障初期就能作出诊断，为企业尽早安排检修提供科学依据。对齿轮振动信号进行时频分析就是一种比较实用的方法。 1.1 齿轮啮合频率的产生机理 1.1.1 概述 齿轮传动系统是一个弹性的机械系统，由于结构和运动关系的原因，存在着运动和力的非平稳性。图1.1是齿轮副的运动学分析示意图。图1.1中是主动轮的轴心，是被动轮的轴心。假定主动轮以作匀角速度运动，A、BAB，即A点的线速度大于B点的线速度。而AB，从理论上有，,则。然而A、B 。 齿轮传动系统的啮合振动是不可避免的。振动的频率就是啮合频率。也就是齿轮的特征频率，其计算公式如下： 齿轮一阶啮合频率： 啮合频率的高次谐波：， 其中：N——齿轮轴的转速（r/min） Z——齿轮的齿数 图1.1 齿轮副的运动学分析 1.1.2 齿轮的振动机理 齿轮传动的动态激励： —在齿面接触力作用下沿作用线产生的齿轮相对位移 —齿轮副的等效质量， —齿轮啮合阻尼 —齿轮啮合刚度，随时间t变化 —齿轮受载后的平均弹性变形 图1.2 一对齿轮的力学模型 —齿轮传动误差和故障激励所引起两齿轮间的相对位移 激励源由两部分组成：称为常规啮合激励，也即无故障的正常齿轮在啮合过程中也会产生的向量振动。是由系统的内部激励和外部激励产生的，齿轮故障振动主要由这部分激励引起，所以也称为齿轮的“故障函数”。 内部激励是指轮齿在啮合过程中由于缺陷或故障产生的激励。如齿轮由于制造不精确、装配质量低产生的轮齿周节误差、齿形误差、齿轮偏心、质量不平衡、轴线不对中等故障，还有运行中产生的齿面疲劳、擦伤、磨损和断裂等故障带给齿轮的激励。 外部激励则与齿轮本身问题无关，是齿轮外部输入的激励，但也影响到齿轮的振动情况。例如滚动轴承故障的传递、负载力矩波动、摩擦离合器发生的摩擦激励等。 具体的动态激励有以下四种： （1）刚度激励（2）传动误差 （3）啮合冲击（4）节线冲击 1.1.2.1 刚度激励 式中，和分别为主动轮和被动轮的单齿刚度。单齿刚度随啮合位置的变化而变化。 综合刚度的大小还与齿轮的重合度有关。重合度用来表示直齿齿轮啮合时接触轮齿的平均对数。大多数齿轮啮合的重合度不是整数，在啮合过程中参与啮合的轮齿对数随时间而作周期性变化，因而轮齿啮合的综合刚度也随时间而作周期性变化。从图1.3可以看出直齿啮合过程中的力和刚度变化。 （a）啮合齿上的作用力 （b）啮合齿的刚度 （c）齿轮发生的振动 图1.3 直齿啮合过程中的力和刚度变化 1.1.2.2 传动误差 传动误差构成了齿轮振动和噪声的主要激发源。传动误差大，则齿轮运转过程中由于进入和脱离啮合时的碰撞加剧，产生较高的振动峰值，并且形成短暂时间的幅值变化和相位变化。 具体有包括： （1）制造误差 图1.4 齿轮的偏心和周节误差 图1.5 齿轮的齿形误差 （2）装配误差 齿的宽度方向上接触面积少，造成轮齿负荷不均。齿轮轴不平