齿轮故障模拟实验实验报告模板.docVIP

PAGE PAGE 4 齿轮故障模拟实验 班级、学号 姓 名 实验日期 同组人员 指导教师 成 绩 一、实验目的 a. 学习和掌握采用加速度传感器测量齿轮的振动信号，熟悉测试系统的基本组成； b. 理解和巩固信号处理的基本方法，实现对齿轮振动信号的分析计算； c.掌握基本的故障诊断方法，提取、识别齿轮的简单故障； 二．实验内容 测试齿轮正常及故障状态下的振动信号。齿轮传动比为：26/64、40/85。 选用时域、频域及其他方法对采集到的齿轮振动信号进行处理、分析。 三．实验原理 齿轮常见的失效形式有四种：断裂、磨料磨损、粘附磨损或擦伤以及疲劳剥落。齿轮承受载荷，如同悬臂梁，其根部的弯曲应力最大，并承受交变应力作用。由于过载，特别是冲击载荷，会引起整个齿或其相应部分断裂。当周期性的应力过高时，也会引起疲劳断裂。 齿轮在运转过程中，两个齿轮相互啮合，齿轮在啮合过程中载荷的分配是变化的，载荷的变化会引起齿轮刚性的变化，从而引起齿轮的振动，这种振动称为啮合振动。当齿轮有缺陷时，啮合振动频率及其谐频成分会格外的突出，因此监测啮合频率对于齿轮故障诊断很重要。其计算公式如下： 式中： —— 主动齿轮的齿数； —— 从动齿轮的齿数； —— 主动齿轮的转速； —— 从动齿轮的转速。 齿轮轴每旋转一周重复产生的附加脉冲会引起齿轮及轴的转动频率及其低次谐频。当诊断啮合齿轮中单个齿轮的故障时，该齿轮的转频及其谐频在频谱图中就成为监测的重点。 对采集的齿轮振动信号进行频谱分析，常常会发现啮合频率及其倍频附近存在一些等间距的频率成分，这些频率成分称为边频带，它反映了振动信号的调制特征。信号的调制效应是由载波和调制信号共同作用的结果。 四．实验分析 对键相信号进行分析，求出电机转频，根据传动比计算出齿轮的特征频率。 图1 齿轮实验台键相信号分析 从图1可以看出，键相信号的频谱分析中存在7Hz，14.5Hz，21.5Hz，29Hz处出现峰值，取其平均值，经计算，可知电机的转频为7.2Hz，齿轮的啮合频率=7.2*26=187.22Hz。断齿的特征频率为7.2*64/26*85/40= 37.6615Hz。 2.分别对正常状态、点蚀状态、断齿状态的信号进行处理，并对存在的故障进行分析判断 图2 齿轮轴承试验台振动信号1分析 图3 齿轮轴承试验台振动信号2分析 从图2和图3可以看出，图三中振动信号的幅值比较大，有此可判断图2中振动信号1为正常齿轮信号，图3中振动信号2为齿轮断齿信号。 图4 正常齿轮振动信号分析 从图4可以看出，FFT频谱分析中，振动信号频谱在189Hz及其倍频375.5Hz处出现峰值，对应与齿轮啮合频率187.2Hz，其频率分辨率为0.5Hz,频率误差为1.8Hz。 图5 齿轮断齿振动信号分析 从图5中可以看出，FFT频谱分析中，在38.5Hz及其倍频75Hz处出现峰值，对应于齿轮断齿特征频率37.6615Hz，其频率分辨率为0.5Hz，误差为0.84Hz。 五．实验结论 从以上实验分析可以看出，由于存在噪声信号干扰，提取齿轮故障特征频率时存在很大难度 实验中的问题与解答可以下载此处，对于不清楚的地方，请查阅相关资料弄明白搞清楚，达到实验的真正目的！对于实验的建议和意见每组不会一样，如果有，请提出。 附录： 部分Matlab参考程序 close all; clear all; clc; N=4096; fs=2048; t=(1:N)/fs; [DATAfile，DATApath]=uigetfile(.txt,输入信号);%显示一个取文件窗口 FILENAME=[DATApath,DATAfile] DATA=load(FILENAME); yy=DATA(1:N); y=yy-mean(yy); %%%%%%%%%%%%%原始信号时域波形%%%%%%%%%%%%%% subplot(211) plot(t,y); title(时域波形图); xlabel(时间/s); ylabel(幅值),grid on %%%%%%%%%%%%%信号fft频谱波形%%%%%%%%%%%%%% subplot(212) f=(0:N/2-1)*fs/N; y1=abs(fft(y))/N; % y1=y1/max(y1); plot(f,y1(1:N/2)) axis([0,200,0,0.6]); title(fft频谱图); xlabel(频率/HZ); ylabel(幅值),grid on