齒輪與滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷

原永玖，車軍劍，楊孟想，金歡吉林大學(xué)

齒輪與滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷

原永玖，車軍劍，楊孟想，金歡
吉林大學(xué)

振動(dòng)分析在齒輪與滾動(dòng)軸承的診斷中應(yīng)用非常廣泛。本文首先分析了齒輪和滾動(dòng)軸承故障診斷的重要意義，然后闡述了齒輪和滾動(dòng)軸承故障診斷的特點(diǎn)，分析了齒輪與滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷傳統(tǒng)方法的局限性，為克服傳統(tǒng)方法的診斷局限性，提出了可利用時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法對齒輪與滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行振動(dòng)診斷。

齒輪；滾動(dòng)軸承；振動(dòng)；診斷

一、齒輪和滾動(dòng)軸承故障診斷的意義

關(guān)于減速器以及滾動(dòng)軸承，在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及制作這四個(gè)方面已經(jīng)達(dá)到了規(guī)范化的程度,但是這些依然無法避免類似磨損、剝落、裂紋等常見問題的發(fā)生。尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī),它的減速器和滾動(dòng)軸承是重要部件,也是常有問題發(fā)生的部位。若是減速器和滾動(dòng)軸承發(fā)生問題，那么將會(huì)影響到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整個(gè)飛機(jī)的安全問題。所以，要加強(qiáng)對減速器和滾動(dòng)軸承容易發(fā)生問題的部位的檢查，這是對航空發(fā)動(dòng)機(jī)問題診斷和監(jiān)督工作中最重要的環(huán)節(jié),有著非常重要的意義。而且減速器和滾動(dòng)軸承產(chǎn)生問題的種類非常多,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，測試條件也有局限,導(dǎo)致對其問題的診斷非常困難，因此需要研究出有效的方法。

要想使其能夠正常運(yùn)行,企業(yè)每期會(huì)花費(fèi)很多的檢修費(fèi)用，這在所有費(fèi)用中占有非常大的比重。所以，要想使設(shè)備維修更科學(xué)和完善,就要對維修設(shè)備的質(zhì)量、問題情況、問題出現(xiàn)的部位以及原因進(jìn)行詳細(xì)的了解。對保證生產(chǎn)、節(jié)省時(shí)間、延長設(shè)備使用期限以及設(shè)備的維修,有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、齒輪和滾動(dòng)軸承故障診斷的特點(diǎn)

針對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，比如鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等,這些設(shè)備出廠后，它們的內(nèi)部都會(huì)安裝傳感器,以及對應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，以此來監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，但是，人們卻忽視了重要的一點(diǎn)，那就是對齒輪和滾動(dòng)軸承狀態(tài)的監(jiān)督和對其問題的診斷。齒輪和滾動(dòng)軸承這些部件是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要部件,在進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)督和問題診斷的同時(shí)也要使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以,一般情況下，在減速器和軸承上，人們采用加速度傳感器來獲取振動(dòng)加速度信號(hào),這種測試方法的缺點(diǎn)是會(huì)使信號(hào)的傳播路線很復(fù)雜,而且在齒輪箱殼上測出來的信號(hào)會(huì)參雜著其他的信號(hào)，比如齒輪和滾動(dòng)軸承的信號(hào)?，F(xiàn)在有一些比較有效的測量方法,包括通過測量轉(zhuǎn)軸的扭振信號(hào)找出問題處理的方法，但這操作起來有點(diǎn)偏離實(shí)際。

針對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，對于它的振動(dòng)監(jiān)測測出的信號(hào)大部分處在低頻、轉(zhuǎn)頻以及倍頻部位,因此使用位移和速度傳感器就可以完成,對于齒輪箱和滾動(dòng)軸承,因?yàn)楸O(jiān)測對象的特征,振動(dòng)信號(hào)大部分處在中高頻部位,所以需要使用振動(dòng)加速度傳感器來進(jìn)行測試。而且齒輪箱和滾動(dòng)軸承的測量方法有條件限制，設(shè)備自身的信號(hào)是高頻信號(hào),使用的傳感器為加速度傳感器,存在很多噪音,所以應(yīng)該及時(shí)采取有效的除噪措施。

齒輪的部分位置出現(xiàn)問題時(shí)，會(huì)對在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的系統(tǒng)造成一定的影響,這種影響使系統(tǒng)產(chǎn)生周期性振動(dòng),所以在振動(dòng)信號(hào)中會(huì)有一定的沖擊力減弱波形。對于滾動(dòng)軸承,因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)非常獨(dú)特,軸承元件存在缺陷進(jìn)而出現(xiàn)的沖擊會(huì)影響到轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的調(diào)整,所以滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)中具備自我調(diào)整的特點(diǎn)。

三、齒輪與滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)診斷的方法探究

（一）傳統(tǒng)故障診斷方法

時(shí)域分析法主要應(yīng)用在振動(dòng)信號(hào)的降噪上。這種方法運(yùn)用在齒輪箱的問題診斷上,可以通過總振動(dòng)信號(hào)找出嚙合齒輪的振動(dòng)信號(hào),把其余的振動(dòng)信號(hào)和產(chǎn)生的噪聲一并消除,提高信號(hào)的信噪比。因?yàn)闈L動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)和外環(huán)出現(xiàn)損壞的情況下，它的振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的問題頻率和軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是不一樣的,所以，時(shí)域同步平均法可以把齒輪箱中齒輪損壞產(chǎn)生的振動(dòng)問題和軸承損壞產(chǎn)生的振動(dòng)問題嚴(yán)格的分開。若是想獲得另外一對嚙合齒輪的振動(dòng)信號(hào),那么只要保證脈沖的頻率與嚙合齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同就可以。

關(guān)于頻譜分析法，它是一種進(jìn)行快速傅里葉變換的方法。它能夠把信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域,從而得到振動(dòng)信號(hào)的能量以及功率的頻譜,包括功率譜、幅值譜、等等，運(yùn)用數(shù)譜的方式將其表現(xiàn)。功率譜是信號(hào)頻率的一部分,而幅值譜則是幅值的線性分布,數(shù)譜可以把次要的頻率表現(xiàn)出來。因此在設(shè)備問題分析的過程中,尋找振動(dòng)源頭,找出問題發(fā)生的原因,找出問題發(fā)生的位置、種類等各個(gè)方面都有著非常大的用途。

（二）時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法

傳統(tǒng)問題分析方法是分析齒輪和滾動(dòng)軸承問題產(chǎn)生原因的主要方法，在實(shí)際中，測量信號(hào)時(shí)，出現(xiàn)的噪聲會(huì)影響到振動(dòng)信號(hào)的自我調(diào)制,導(dǎo)其致解調(diào)效果很不好,因此需要使用一種叫做時(shí)延相關(guān)解調(diào)的方法對齒輪和滾動(dòng)軸承出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法就是針對測量到的信號(hào)實(shí)施自相關(guān)計(jì)算,以此來減少噪聲,接下來把自相關(guān)信號(hào)時(shí)延處理,達(dá)到二次降噪的目的，再對之后的自相關(guān)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并取其絕對值,最后一步是對整流后的信號(hào)采取傅立葉變換的方式,這樣解調(diào)效果會(huì)上升到另一個(gè)高度。

針對齒輪崩齒的問題,時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法可以很好的減少噪聲帶來的沖擊，顯示出問題的特征所在。關(guān)于齒輪崩齒、滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)點(diǎn)蝕和外環(huán)劃痕這些問題,運(yùn)用直接整流解調(diào)法能夠快速的找出問題的所在以及發(fā)生的部位，但是與上一種方法相比,時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法有著受噪聲沖擊較小的優(yōu)點(diǎn),還可以顯示問題信息的頻率,使得問題分析更加透徹。關(guān)于滾動(dòng)軸承的滾珠劃痕問題，支撐架斷裂問題的解決，雖然直接整流解調(diào)法不能對此進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并辨別問題的類型，但是時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法卻可以做到這些，而且非常有效。

四、結(jié)語

齒輪與滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷傳統(tǒng)方法有很多不足和局限的地方，為避免和克服這些不足和局限，本文通過對齒輪與滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷的特點(diǎn)及相關(guān)理論進(jìn)行分析，提出了可利用時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法對齒輪與滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行振動(dòng)診斷。時(shí)延相關(guān)整流解調(diào)法成功解決了傳統(tǒng)診斷方法的不足和局限，能對齒輪與滾動(dòng)軸承的故障進(jìn)行有效振動(dòng)診斷，方法簡單可行。

[1]陳剛.齒輪和滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷[D].西北工業(yè)大學(xué)2007

[2]陳鵬.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究與應(yīng)用[D].四川大學(xué)2006

車軍劍，吉林大學(xué)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化，包裝工程專業(yè)。

楊孟想，吉林大學(xué)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化，包裝工程專業(yè)。

金歡，吉林大學(xué)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化，包裝工程專業(yè)。

原永玖（1994-），男，漢族，山東榮成人，吉林大學(xué)，本科，包裝工程專業(yè)。