設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷匯總

（適用于課程論文、提交報(bào)告） 錯(cuò)誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z一、論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機(jī)理及齒輪故障診斷方法 1\o"CurrentDocument"齒輪嚙合頻率的產(chǎn)生機(jī)理 1\o"CurrentDocument"概述 1\o"CurrentDocument"齒輪的振動(dòng)機(jī)理 2\o"CurrentDocument"齒輪故障診斷的方法 5\o"CurrentDocument"齒輪的故障類型 5齒輪故障的特征信息 5\o"CurrentDocument"齒輪故障診斷的常用方法 9\o"CurrentDocument"實(shí)例分析 12\o"CurrentDocument"小結(jié) 14\o"CurrentDocument"二、滾動(dòng)軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計(jì)算 14\o"CurrentDocument"滾動(dòng)軸承故障特征頻率的經(jīng)驗(yàn)公式 14\o"CurrentDocument"滾動(dòng)軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計(jì)算 14\o"CurrentDocument"煤氣鼓風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能故障診斷 16概述 16\o"CurrentDocument"煤氣鼓風(fēng)機(jī)組成及參數(shù) 17\o"CurrentDocument"煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置 17\o"CurrentDocument"系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖及硬件要求 18\o"CurrentDocument"系統(tǒng)控制室框架構(gòu)成 20\o"CurrentDocument"系統(tǒng)的功能模塊組成 20\o"CurrentDocument"感悟和致謝 21論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機(jī)理及齒輪故障診斷方法、論述齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機(jī)理及齒輪故障診斷方法齒輪是現(xiàn)代工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中極其重要的傳動(dòng)零件，由于其在工作過(guò)程中長(zhǎng)期承受各種交變載荷、沖擊和摩擦力的作用或其本身在制造過(guò)程中留下了缺陷，齒輪相對(duì)于其他部件較容易出現(xiàn)故障甚至損壞。生產(chǎn)設(shè)備中的齒輪發(fā)生故障，輕者會(huì)使生產(chǎn)設(shè)備所加工出來(lái)的產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，重者會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備停車，從而給生產(chǎn)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也擔(dān)誤了工時(shí)。因此，為了盡可能將這些不確定的機(jī)械故障所引起的經(jīng)濟(jì)損失降到最低，需要我們?cè)诠收铣跗诰湍茏鞒鲈\斷，為企業(yè)盡早安排檢修提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)齒輪振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析就是一種比較實(shí)用的方法。齒輪嚙合頻率的產(chǎn)生機(jī)理概述齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)彈性的機(jī)械系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的原因，存在著運(yùn)動(dòng)和力的非平穩(wěn)性。圖1.1是齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析示意圖。圖1.1中O1是主動(dòng)輪的軸心，O2是被動(dòng)輪的軸心。假定主動(dòng)輪以弓作勻角速度運(yùn)動(dòng)，A、B分別為兩個(gè)嚙合點(diǎn)，則有01A>0尸，即A點(diǎn)的線速度匕大于B點(diǎn)的線速度匕。而0A<0B，從理論上有①=，彳，①=二，則攻<攻。然而A、B又是被動(dòng)輪2 2 2OB3OA2 32 2的嚙合點(diǎn)，當(dāng)齒輪副只有一個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，隨著嚙合點(diǎn)沿嚙合線移動(dòng)，被動(dòng)輪的角速度存在波動(dòng)。當(dāng)有兩個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，因?yàn)橹荒苡幸粋€(gè)角速度，因而在嚙合的輪齒上產(chǎn)生彈性變形，這個(gè)彈性變形力隨嚙合點(diǎn)的位置、輪齒的剛度以及嚙合的進(jìn)入和脫開而變化，是一個(gè)隨時(shí)間變化的力F(t)。c齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的嚙合振動(dòng)是不可避免的。振動(dòng)的頻率就是嚙合頻率。也就是齒輪的特征頻率，其計(jì)算公式如下：齒輪一階嚙合頻率：f=—ZC0 60嚙合頻率的高次諧波：f=ixf，i=2、3、4nCi C0其中：N——齒輪軸的轉(zhuǎn)速(r/min)Z——齒輪的齒數(shù)

01圖1.1齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析1.1.2齒輪的振動(dòng)機(jī)理齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)：Mx+Cjc+K(t)x=K(t)(8+8)一一，、…，一，，…一，，……，…1 2x一在齒面接觸力作用下沿作用線產(chǎn)生的齒輪相對(duì)位移182—齒輪傳動(dòng)誤差和故障激勵(lì)所引起兩齒輪間的相對(duì)位移激勵(lì)源由兩部分組成：K(t)8稱為常規(guī)嚙合激勵(lì)，也即無(wú)故障的正常齒輪在1嚙合過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生的向量振動(dòng)。K(t)8是由系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)和外部激勵(lì)產(chǎn)生2的，齒輪故障振動(dòng)主要由這部分激勵(lì)引起，所以也稱為齒輪的“故障函數(shù)”。內(nèi)部激勵(lì)是指輪齒在嚙合過(guò)程中由于缺陷或故障產(chǎn)生的激勵(lì)。如齒輪由于制造不精確、裝配質(zhì)量低產(chǎn)生的輪齒周節(jié)誤差、齒形誤差、齒輪偏心、質(zhì)量不平衡、軸線不對(duì)中等故障，還有運(yùn)行中產(chǎn)生的齒面疲勞、擦傷、磨損和斷裂等故障帶給齒輪的激勵(lì)。外部激勵(lì)則與齒輪本身問(wèn)題無(wú)關(guān)，是齒輪外部輸入的激勵(lì)，但也影響到齒輪的振動(dòng)情況。例如滾動(dòng)軸承故障的傳遞、負(fù)載力矩波動(dòng)、摩擦離合器發(fā)生的摩擦激勵(lì)等。具體的動(dòng)態(tài)激勵(lì)有以下四種：

（1）剛度激勵(lì)（2）傳動(dòng)誤差（3）嚙合沖擊（4）節(jié)線沖擊式中，K1和K2分別為主動(dòng)輪和被動(dòng)輪的單齒剛度。單齒剛度隨嚙合位置的變化而變化。綜合剛度的大小還與齒輪的重合度有關(guān)。重合度用來(lái)表示直齒齒輪嚙合時(shí)接觸輪齒的平均對(duì)數(shù)。大多數(shù)齒輪嚙合的重合度不是整數(shù)，在嚙合過(guò)程中參與嚙合的輪齒對(duì)數(shù)隨時(shí)間而作周期性變化，因而輪齒嚙合的綜合剛度也隨時(shí)間而作周期性變化。從圖1.3可以看出直齒嚙合過(guò)程中的力和剛度變化。兩個(gè)齒嚙合一個(gè)齒嚙合兩個(gè)齒嚙合一個(gè)齒嚙合(a)圖1.4齒輪的偏心和周節(jié)誤差圖1.5齒輪的齒形誤差(a)圖1.4齒輪的偏心和周節(jié)誤差圖1.5齒輪的齒形誤差（a）嚙合齒上的作用力（b）嚙合齒的剛度（c）齒輪發(fā)生的振動(dòng)1.1.2.2傳動(dòng)誤差傳動(dòng)誤差構(gòu)成了齒輪振動(dòng)和噪聲的主要激發(fā)源。傳動(dòng)誤差大，則齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由于進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)的碰撞加劇，產(chǎn)生較高的振動(dòng)峰值，并且形成短暫時(shí)間的幅值變化和相位變化。具體有包括：（1）制造誤差

（2）裝配誤差齒的寬度方向上接觸面積少，造成輪齒負(fù)荷不均。齒輪軸不平行產(chǎn)生載荷沖擊，容易造成齒的斷裂。圖1.6—端接觸 圖1.7兩齒輪軸不平行（3）輪齒損傷誤差齒輪在運(yùn)行中由于各種故障形成的齒面損傷，在齒輪傳動(dòng)中就會(huì)產(chǎn)生齒輪的傳動(dòng)誤差激勵(lì)。傳動(dòng)誤差激勵(lì)正是我們?cè)\斷齒輪故障的信息來(lái)源。（4）外部激勵(lì)誤差外部激勵(lì)的因素較多，負(fù)載波動(dòng)引起齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、滾動(dòng)軸承故障的傳遞、摩擦離合器力矩變化產(chǎn)生的影響等，這些故障信號(hào)雖然是從輪齒的外部輸入，但是影響到輪齒上的嚙合力和彈性變形，其最終結(jié)果就是產(chǎn)生輪齒的傳動(dòng)誤差。1.1.2.3嚙合沖擊齒輪在嚙合過(guò)程中，由于輪齒誤差和受載彈性變形的影響，輪齒進(jìn)入嚙合點(diǎn)和退出嚙合點(diǎn)與理論值發(fā)生偏差，因而在進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)均會(huì)發(fā)生沖擊，稱為“嚙合沖擊”。嚙合沖擊是一種周期性的沖擊力。一一圖軸齒矗動(dòng)方向滑”向

主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，主動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)由齒根移向齒頂，嚙合半徑逐漸增大，速度漸次增高；而從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)是由齒頂移向齒根，嚙合半徑逐漸減小，速度漸次降低。兩輪齒齒面在嚙合點(diǎn)的速度差異就形成了主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的相對(duì)滑動(dòng)。在主動(dòng)輪上，齒根和節(jié)點(diǎn)之間的嚙合點(diǎn)速度低于從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)速度，因此滑動(dòng)方向向下；而在節(jié)點(diǎn)處，因?yàn)閮奢喩系膰Ш宵c(diǎn)速度相等，相對(duì)滑動(dòng)速度為0。因此，摩擦力在節(jié)點(diǎn)處改變了方向，形成了節(jié)線沖擊。1.2齒輪故障診斷的方法齒輪的故障類型齒輪由于某種原因不能正常工作的現(xiàn)象，或者說(shuō)齒輪在其使用過(guò)程中，由于某些原因而喪失工作能力或功能參數(shù)漂移到界限值以外的現(xiàn)象，被稱為齒輪故障。從總體上講，齒輪故障可劃分為兩大類：一類是由制造和裝配等原因造成的，如齒輪誤差、齒輪與內(nèi)孔不同心、各部分軸線不對(duì)中、不平衡等；另一類則是齒輪由于長(zhǎng)期運(yùn)行而形成的，如齒輪表面發(fā)生點(diǎn)蝕、疲勞剝落、磨損、塑性流動(dòng)、膠合以及齒根裂紋，斷齒及其他損傷等故障。齒輪故障若按照振動(dòng)特征和故障診斷技術(shù)應(yīng)用的角度來(lái)分類，大體分為以下兩類：(l)分布式故障齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕及疲勞剝落。(2)局部故障齒根裂紋、斷齒、局部齒面剝落和塑性變形。分布式故障分布在一個(gè)齒輪的各個(gè)輪齒上，而局部故障則集中于某一個(gè)或幾個(gè)齒上。齒輪故障的特征信息嚙合頻率齒輪工作過(guò)程中的故障信號(hào)頻率基本上表現(xiàn)為兩部分：一部分為齒輪嚙合頻率及其諧波構(gòu)成的載波信號(hào)，另一部分為低頻成分的幅值和相位變化所構(gòu)成的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)包括了幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。從頻域和時(shí)域上看，齒輪振動(dòng)信號(hào)的主要特征成分有：圖1.9正常齒輪的嚙合頻率波形圖1.9正常齒輪的嚙合頻率波形2)幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所形成的邊頻帶。齒輪在嚙合過(guò)程中，嚙合齒上的載荷和剛度是隨時(shí)間而變化的，這種變化就會(huì)產(chǎn)生嚙合頻率的振動(dòng)。傳動(dòng)誤差、嚙合沖擊、節(jié)線沖擊等問(wèn)題也會(huì)使齒輪在嚙合過(guò)程中發(fā)生嚙合頻率的振動(dòng)。轉(zhuǎn)軸中心固定的齒輪，其嚙合頻率為：

fm=f1丁f212f^、f2一主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速頻率q、Z2一主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的齒數(shù)當(dāng)齒面發(fā)生磨損，或者負(fù)荷增大，齒輪徑向間隙過(guò)大以及齒輪游隙不適當(dāng)?shù)仍蛩鸬墓收蠒r(shí)，由于輪齒的嚙合狀況變壞，嚙合頻率的諧波成分幅值就會(huì)明顯增大。圖1.10齒面磨損前后的嚙合頻率及其諧波幅圖1.10齒面磨損前后的嚙合頻率及其諧波幅從嚙合基頻及其諧波幅值的相對(duì)增長(zhǎng)量上可反映出齒輪表面的磨損程度。值變化（實(shí)線為磨搦麟健線為磨損后）調(diào)制與邊頻（1）幅值調(diào)制設(shè)代表嚙合頻率的載波信號(hào)為：g（t）=Asin（2%t+Q）代表齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的調(diào)制信號(hào)為：e（t）=1+Bcos（2兀ft）r則調(diào)幅后的振動(dòng)信號(hào)為：x（t）=A[1+Bcos（2兀ft）]sin（2兀ft+力）式中，A一載波信號(hào)的振幅；B一調(diào)制指數(shù)；fm一載波頻率（嚙合頻率）；f—調(diào)制波頻率（齒輪旋轉(zhuǎn)頻率，每旋轉(zhuǎn)一周，故障點(diǎn)產(chǎn)生一次沖擊）；。0—初相角。將上式展開可得：AB ABx（t）=Asin（2兀ft+。）+—sin[2兀（f+f）t+。]+一sin[2兀（f—f）t+。]m0 2 mr0 2 mr0信號(hào)圖樣如圖1.11所示。

(■J信號(hào)(c)幅值G(/)*￡(7)調(diào)制后的信號(hào)?局部性缺陷一個(gè)沖擊脈圖IF &r(■J信號(hào)(c)幅值G(/)*￡(7)調(diào)制后的信號(hào)?局部性缺陷一個(gè)沖擊脈圖IF &r席等，當(dāng)嚙合點(diǎn)進(jìn)入到缺陷處，齒輪就產(chǎn)生 ”。由于脈沖信期以分解為許多正弦分量之和,因此在頻譜上形成以嚙合頻率為中心的一系列邊頻。其特點(diǎn)是邊頻數(shù)量較多,幅值較低，心的一系列邊頻。其特點(diǎn)是邊頻數(shù)量較多，幅值較低，分布比較均勻平坦。MB魁翻臉幽閽幽跚hl圖1.12?均布缺陷：是指比較均勻分布的缺陷，它相當(dāng)于時(shí)域包絡(luò)線較寬的脈沖。因此，它在頻域中表現(xiàn)為在嚙合頻率兩邊產(chǎn)生了一簇幅值較高、起伏較大、分布較窄的邊頻帶。Ci時(shí)＞南小桂Ci時(shí)＞南小桂圖1.13（2）頻率調(diào)制若載波信號(hào)為： Asin（2兀fmt+蝗制信號(hào)為： Psin（2兀ft）r頻率調(diào)制可表示為：X（t）=Asin[2兀ft+Psin（2兀ft）+巾]式中，p=^L一頻率調(diào)制指數(shù)，即調(diào)制產(chǎn)生的最大相位移；紂一最大頻率偏差fr值，也就是齒輪的最大角速度波動(dòng)量；f—調(diào)制頻率，即分度不均勻齒輪的轉(zhuǎn)頻。rfc=l/tc頻率/圖1.15調(diào)頻、調(diào)幅綜合影響下的邊頻帶（3）典型故障與特征信號(hào)的關(guān)系斷齒或裂紋：以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率，調(diào)制邊頻帶寬而高。齒輪均勻磨損：齒輪的嚙合頻率及其諧波的幅值明顯增大。齒面剝落等集中性故障：邊帶的階數(shù)多而分散。齒面點(diǎn)蝕等分布性故障：邊帶階數(shù)少而集中。齒形誤差：以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制；軸不對(duì)中：調(diào)制頻率的2倍頻幅值最大；軸承故障：齒輪嚙合頻率的振幅迅速升高，邊頻的分布和幅值并無(wú)變化。1.2.3齒輪故障診斷的常用方法盡管在齒輪振動(dòng)或噪聲信號(hào)及其頻譜圖中包含著豐富的信息，但是由于齒輪動(dòng)態(tài)特性及故障癥狀的復(fù)雜性，不同的齒輪故障具有不同的振動(dòng)特征及頻率結(jié)構(gòu)。因此為了獲得有效的故障特征信息，通常需要通過(guò)信號(hào)處理與分析技術(shù)，提取故障特征信息，以便最終給出正確的故障診斷結(jié)論。目前常用的信號(hào)分析處理方法有以下幾種：時(shí)域分析方法，包括時(shí)域波形、調(diào)幅解調(diào)、相位解調(diào)等頻域分析，包括功率譜、細(xì)化譜、倒頻譜分析時(shí)頻域分析方法，包括短時(shí)FFT，維格納分布，小波分析等。時(shí)域同步平均分析法信號(hào)同步平均的原理是按齒輪每轉(zhuǎn)一周按脈沖的周期間隔截取信號(hào)，然后進(jìn)行分段疊加處理，以消除隨機(jī)信號(hào)和其它非周期信號(hào)的干擾影響。這種方法可以有效降低其他部件和振動(dòng)源對(duì)于信號(hào)的影響，提高信噪比。在測(cè)取齒輪振動(dòng)信號(hào)的同時(shí)也測(cè)取齒輪的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，脈沖的間隔時(shí)間作為齒輪每轉(zhuǎn)的時(shí)標(biāo)。用該脈沖信號(hào)去觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器工作，從而保證齒輪按旋轉(zhuǎn)周期截取信號(hào)，并且每段信號(hào)的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)于齒輪的某一角位置。然后再把每段信號(hào)進(jìn)行平均處理和光滑化濾波，最后得到的有效信號(hào)中僅保留了周期成分，其它噪聲將被逐漸除去。加速僮信號(hào)圖1.16時(shí)域同步平均法細(xì)化譜分析法齒輪的振動(dòng)頻譜圖包含著豐富的信息，不同的齒輪故障具有不同的振動(dòng)特征，其相應(yīng)的譜線也會(huì)發(fā)生特定的變化。由于齒輪故障在頻譜圖上反映出的邊頻帶比較多，因此進(jìn)行頻譜分析時(shí)必須有足夠的頻率分辨率。當(dāng)邊頻帶的間隔（故障頻率）小于分辨率時(shí)，就分析不出齒輪的故障，此時(shí)可采用頻率細(xì)化分析技術(shù)提高分辨率。a)4Ob)月|c)d)齒輪一轉(zhuǎn)c)d)齒輪一轉(zhuǎn)齒輪在幾種狀態(tài)下的時(shí)域平均信號(hào)（a）正常齒輪 （b）齒輪安裝對(duì)中不良（c）齒面嚴(yán)重磨損（d）齒面局部剝落或斷齒圖1.17基于復(fù)解析帶通濾波器的細(xì)化選帶頻譜分析，具體步驟:1）確定中心頻率及細(xì)化倍數(shù)。2）構(gòu)造一個(gè)復(fù)解析帶通濾波器。3）選抽濾波。4）復(fù)調(diào)制移頻。5）作點(diǎn)FFT和譜分析，取正頻率部分。圖1.18圖1.18第10頁(yè)”dB900 94。 98口1020I0601100//Ht圖1.19齒輪振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析從圖1.19左圖中可幾以看出，在所分析的0-2kHz頻率范圍內(nèi)，有1-4階的嚙合頻率的譜線，還可較清晰地看出有間隔為25Hz的邊頻帶，而在兩邊頻帶間似乎還有其他的譜線，但限于頻率分辨率已不能清晰分辨。利用頻譜細(xì)化分析技術(shù)，對(duì)其中900-1100Hz的頻段進(jìn)行細(xì)化分析，由細(xì)化譜中可清晰地看出邊頻帶的真實(shí)結(jié)構(gòu)，兩邊頻帶的間隔為8.3Hz，它是由于轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為8.3Hz的小齒輪軸不平衡引起的振動(dòng)分量對(duì)嚙合頻率調(diào)制的結(jié)果。用振動(dòng)頻譜的邊頻帶進(jìn)行齒輪不平衡一類的故障診斷時(shí)，必須要有足夠的頻率分辨率，否則會(huì)造成誤診或漏診，影響診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。倒譜分析法倒頻譜分析又稱二次頻譜分析，對(duì)于同時(shí)有數(shù)對(duì)齒輪嚙合的齒輪箱振動(dòng)頻譜圖，由于每對(duì)齒輪嚙合都將產(chǎn)生邊帶頻，幾個(gè)邊頻帶譜交叉分布在一起，僅進(jìn)行頻率細(xì)化分析是不行的，還需要進(jìn)一步做倒頻譜分析。倒頻譜能較好地檢測(cè)出功率譜上的周期成分，將原來(lái)譜上成簇的邊頻帶譜線簡(jiǎn)化為單根譜線，便于觀察。而齒輪發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)頻譜具有的邊頻帶一般都具有等間隔(故障頻率)的結(jié)構(gòu)，利用倒頻譜這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以檢測(cè)出功率譜中難以辨識(shí)的周期性信號(hào)。倒頻譜可以將輸入信號(hào)與傳遞函數(shù)區(qū)分開來(lái)，便于識(shí)別；還能區(qū)分出因調(diào)制引起的功率譜中的周期量，找出調(diào)制源。倒頻譜的定義是功率譜對(duì)數(shù)的功率譜，對(duì)多段平均的自功率譜取對(duì)數(shù)，得到對(duì)數(shù)譜，具體步驟如下：1)先進(jìn)行FFT變換，使時(shí)域的卷積等于頻域相乘：y(f)=x(f)h⑴2)取對(duì)數(shù)，變積為和：10g(y(f))=log(x(f))+log(h(f))3)進(jìn)行頻譜反變換：C(q)=f-1(log(y(f))倒頻譜分析優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)周期性的能力第11頁(yè)

圖1.20(a)振動(dòng)信號(hào)頻譜：包含嚙合頻率(4.33力的三次諧波，由于頻率分辨率太低(50Hz)，沒(méi)有邊頻帶2000線功率譜(3.5-13.5kHz)：包含三次諧波，但不包含兩根軸回轉(zhuǎn)頻率的低次諧波7.5-9.5kHz的細(xì)化頻譜：看到軸轉(zhuǎn)速形成的邊頻帶(d)倒譜：清楚地表明了對(duì)應(yīng)兩根軸回轉(zhuǎn)頻率(80Hz和50Hz)地分量A1，B1而在高分辯率譜圖(c)中卻難以分辯。1.3實(shí)例分析某集裝箱起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速箱出現(xiàn)異響，要求對(duì)該減速箱進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷分析齒輪有無(wú)故障。圖1.21是該減速箱示意圖。測(cè)得得電機(jī)轉(zhuǎn)速為650r/min，各齒輪齒數(shù)分別Z1=13,Z2=58,Z3=15,Z4=82。圖1.21減速箱示意圖第12頁(yè)對(duì)減速箱1,3,4測(cè)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。其中點(diǎn)3處齒輪振動(dòng)信號(hào)圖和功率譜圖如圖1.22所示。X3654169 I' 76H3 2 4 6 810'U1416 -3加( _-〃 20 40鈍40100建0ud】60Z/H1圖1.22點(diǎn)3處齒輪振動(dòng)信號(hào)圖和功率譜圖650*13齒輪3的嚙合頻率：f=工4=( 58*15)=36.423Hzm60 602f=72.8448Hz3f=109.2672Hz在這三個(gè)峰值兩側(cè)存在間距等同的小峰，說(shuō)明齒輪3存在缺陷。對(duì)上面的功率譜圖進(jìn)行倒譜分析，得到倒譜圖如下：工。.423-Sa-Sa0>1 0,5 1t/s圖1.23倒譜圖在t=0.423處的上邊頻：f=%423=2.364Hz650*13齒輪3的轉(zhuǎn)頻： f=一而且=2.428Hz根據(jù)頻譜圖在嚙合頻率fm及二階、三階頻率2fm、3fm處強(qiáng)烈譜峰值且有峰值強(qiáng)烈的邊頻譜值，我們斷定齒輪3有嚴(yán)重點(diǎn)蝕存在。經(jīng)開箱檢查，發(fā)現(xiàn)在齒輪3上有多個(gè)面積較大的凹坑，說(shuō)明診斷完全正確。第13頁(yè)1.4小結(jié)振動(dòng)診斷法是齒輪故障診斷的最常用的方法，它是通過(guò)提取振動(dòng)信號(hào)的與各種故障相對(duì)應(yīng)的特征信息并進(jìn)行分析對(duì)比來(lái)確定齒輪的故障類型、故障發(fā)生的位置和故障程度。目前基于振動(dòng)的齒輪故障診斷方法已經(jīng)發(fā)展到了相對(duì)成熟的水平，廣泛應(yīng)用于各種齒輪故障設(shè)備和在線故障檢測(cè)系統(tǒng)。但是隨著新技術(shù)新方法的不斷出現(xiàn)，齒輪故障診斷的方法也在不斷發(fā)展。其中智能化診斷系統(tǒng)成為一個(gè)重要的方向，并將得到進(jìn)一步發(fā)展。智能專家系統(tǒng)中多種齒輪故障分析方法相互結(jié)合使用，如小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊識(shí)別與小波分析相結(jié)合等新分析方法應(yīng)用，這樣提高診斷的效率和準(zhǔn)確率。二、滾動(dòng)軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計(jì)算2.1滾動(dòng)軸承故障特征頻率的經(jīng)驗(yàn)公式內(nèi)圈故障頻率：f=0.6*z*f外圈故障頻率： f=0.4*z*f保持架故障頻率： f=0.381?0.4*f滾動(dòng)體故障頻率：fb=0.23*z*f (z<10)fb=0.18*z*f (z>10)外圈與保持架關(guān)系： f二z*fc外圈與內(nèi)圈關(guān)系： f二z*fr(fr為轉(zhuǎn)頻；z為滾動(dòng)體個(gè)數(shù))2.2滾動(dòng)軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計(jì)算當(dāng)軸承元件的工作表面出現(xiàn)局部缺陷時(shí)，會(huì)以一定的通過(guò)頻率(取決于轉(zhuǎn)頻、軸承型號(hào))產(chǎn)生一系列的寬帶沖擊，稱為軸承的“通過(guò)頻率”或“故障頻率”，實(shí)際中滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)監(jiān)測(cè)就是檢測(cè)這個(gè)頻率。下面以角接觸球軸承為例，通過(guò)分析軸承各元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系來(lái)推出軸承故障特征頻率的計(jì)算公式。第14頁(yè)

圖2.1圖2.1所示為滾動(dòng)軸承各元件之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)軸承外圈固定，內(nèi)圈（即軸）的旋轉(zhuǎn)頻率為f，軸承節(jié)徑為D，滾動(dòng)體直徑為d，接觸角為a，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)為z，并假定滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間純滾動(dòng)接觸。由于外圈固定，所以滾動(dòng)體上B點(diǎn)的速度為零，而A點(diǎn)的速度為：vA由此可以得到：=2v=兀f(D—dcosa)=2vA由此可以得到：f=L(1-—cosa)c2D其中，f為滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率，即保持架的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。s設(shè)滾動(dòng)體的自傳頻率為fb，則fb可以這樣求得：給整個(gè)軸承加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度“-fc”（相當(dāng)于站在保持架上看軸承運(yùn)動(dòng)），則此時(shí)保持架固定不動(dòng)，外圈以-fc轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體只有自轉(zhuǎn)角速度（，根據(jù)純滾動(dòng)關(guān)系，此時(shí)B點(diǎn)的速度（注意此時(shí)滾動(dòng)體上A點(diǎn)繞其中心C轉(zhuǎn)動(dòng)）=兀df=兀(D+dcosa)fD d由此可得： f=一（1-（—）2COS2a）fg2d D r進(jìn)而可得：（1）個(gè)滾動(dòng)體與外圈上某一固定點(diǎn)接觸的頻率為：zdfo=Zfc=2（1-萬(wàn)COSa）f（2）個(gè)滾動(dòng)體與內(nèi)圈上某一固定點(diǎn)接觸的頻率為：zdf=z（f-f）=Z（1+_cosa）fisc2D r（3）滾動(dòng)體上某一固定點(diǎn)與外圈或內(nèi)圈接觸的頻率為:第15頁(yè)L4=2Dd(ID)2cos2a)frfo、f和fb分別稱為外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的通過(guò)頻率。當(dāng)上述的“某一點(diǎn)”是局部損傷點(diǎn)（例如點(diǎn)蝕點(diǎn)、剝落點(diǎn)、燒傷點(diǎn)等）時(shí)，fo、f?和fb分別成為局部損傷點(diǎn)撞擊滾動(dòng)軸承元件的頻率，所以又分別稱為外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的故障特征頻率。綜上所述，滾動(dòng)軸承故障特征頻率如下：當(dāng)外圈有缺陷時(shí)，外圈的故障特征頻率為：zdf=.（1-^。0sa）fo2Dr當(dāng)內(nèi)圈有缺陷時(shí)，內(nèi)圈的故障特征頻率為：zdf=-（1+—cosa）fi2D%當(dāng)滾動(dòng)體有缺陷時(shí)，滾動(dòng)體的故障特征頻率為：；2d（1-（為2cos2a）fr三、煤氣鼓風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能故障診斷概述煤氣鼓風(fēng)機(jī)是煤化工廠的重點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能直接關(guān)系到焦?fàn)t生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。特別是機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障種類多，且許多故障非常隱蔽，如軸向竄動(dòng)、轉(zhuǎn)子碰摩、滑動(dòng)軸承油膜共振、齒輪故障、不平衡、不對(duì)中等。這些故障的存在，嚴(yán)重影響煤氣鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。一旦煤氣鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生事故，將導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓，并產(chǎn)生重大污染和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員認(rèn)為非常有必要盡快為煤氣鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組安裝在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)。由于現(xiàn)場(chǎng)操作人員和技術(shù)人員不具備專業(yè)的動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號(hào)分析和故障精密診斷的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同的現(xiàn)象不善于選用不同的振動(dòng)信號(hào)分析方法，不善于根據(jù)振動(dòng)信號(hào)分析的各種圖譜診斷故障種類、原因、部位和嚴(yán)重程度。因此，使鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)中具有在線智能診斷和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡功能也非常必要。煤氣鼓風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在在線監(jiān)測(cè)的同時(shí)，計(jì)算機(jī)在后臺(tái)在線實(shí)時(shí)自動(dòng)地進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號(hào)分析，判別機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)各種分析結(jié)果，經(jīng)智能推理在線實(shí)時(shí)顯示故障種類、原因、部位和嚴(yán)重程度。也可以離線人機(jī)交互式進(jìn)行精密智能診斷。這樣，當(dāng)有故障報(bào)警后，就能夠及時(shí)獲得故障種類、原因、部位和嚴(yán)重程度等信息。當(dāng)診斷結(jié)論是不平衡故障（不平衡故障占60%以上）時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡步驟和軟件分析可以獲得不平衡量的大小、相位，從而消除不平衡。第16頁(yè)

煤氣鼓風(fēng)機(jī)組成及參數(shù)煤氣鼓風(fēng)機(jī)組由電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、增速器及鼓風(fēng)機(jī)組成，相互之間由齒輪聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。除了液力耦合器為滾動(dòng)軸承外，其它設(shè)備為滑動(dòng)軸承。有關(guān)主要參數(shù)如下：名稱型號(hào)其它參數(shù)電機(jī)YBKS500-2功率：1250KW轉(zhuǎn)速：2980r/min調(diào)速型液力耦合器GST50B額定轉(zhuǎn)速：3000r/min重量：685kg功率范圍：560-1625KW增速器GYD-300-1250/1824傳動(dòng)功率：1250KW增速比：1.824主軸轉(zhuǎn)速：2890r/min從動(dòng)轉(zhuǎn)速：5270r/min煤氣鼓風(fēng)機(jī)沈鼓D2000—22入口壓力：—0.007Mpa(G)最低點(diǎn)進(jìn)口流量：1083.3Nm3/min排出壓力：0.024Mpa(G)最大點(diǎn)進(jìn)口溫度：26℃臨界轉(zhuǎn)速：3708r/min,9607r/min額定轉(zhuǎn)速：5270r/min實(shí)際轉(zhuǎn)速：4800?5000r/min煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置圖3.1中S1?S4為振動(dòng)速度傳感器；S5?S8為安裝在軸承座上的組合式加速度傳感器，對(duì)檢測(cè)的加速度信號(hào)進(jìn)行積分變換，可轉(zhuǎn)換為振動(dòng)速度和振動(dòng)位移信號(hào)，從而便于和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比。檢測(cè)的信號(hào)頻率范圍是1—10000Hz,比常規(guī)檢測(cè)儀器或系統(tǒng)的檢測(cè)范圍（20—100Hz）寬、精度高、性能穩(wěn)定。S9?S12為安裝在煤氣鼓風(fēng)機(jī)軸承座上直接測(cè)量煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)信號(hào)，S13為推力軸承軸向位移傳感器，檢測(cè)煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)信號(hào)。其他測(cè)點(diǎn)還包括各機(jī)組的電流（每臺(tái)電機(jī)三相）、溫度（每臺(tái)機(jī)組15個(gè)測(cè)點(diǎn)）、壓力（每臺(tái)機(jī)組2個(gè)測(cè)點(diǎn)）等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組多征兆參數(shù)的獲取。第17頁(yè)圖3.1系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖及硬件要求系統(tǒng)的實(shí)施基本路線是：傳感器固定安裝，在線采集信號(hào)，在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，離線信號(hào)分析，離線故障診斷。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行建立在系統(tǒng)硬件的正確連接和正常工作的基礎(chǔ)上。本系統(tǒng)的硬件包括信號(hào)采集子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)及輔助部件等部分。信號(hào)采集子系統(tǒng)的硬件主要包括電渦流振動(dòng)位移傳感器及前置器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡、交換機(jī)、各類型電纜等。系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖4.2所示。（1）傳感器傳感器是將測(cè)試中的振動(dòng)、溫度、壓力、噪聲等具有不同物理特性的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的儀器。其輸出的電信號(hào)分為兩類：一類是電壓、電荷及電流；另一類是電阻、電容和電感等電參數(shù)。應(yīng)采用非接觸式電渦流軸向位移振幅傳感器，選用的傳感器應(yīng)具有頻響寬、線性測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)。振動(dòng)速度傳感器應(yīng)該有較低的輸出阻抗，對(duì)輸出插頭和電纜無(wú)特殊要求。（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)集信號(hào)調(diào)理儀和A/D的功能與一體，應(yīng)使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范TCP/IP協(xié)議，還應(yīng)具有自動(dòng)數(shù)據(jù)塊采集能力和極高的數(shù)據(jù)傳輸效率，可圓滿的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、連續(xù)快速采集存盤等高等數(shù)采功能。各機(jī)組采集站分別安裝在3臺(tái)機(jī)組旁邊，采集站之間通過(guò)網(wǎng)線連接，各采集站和系統(tǒng)主機(jī)機(jī)構(gòu)成了監(jiān)控局域網(wǎng)。其中1#機(jī)組采集站和2#機(jī)組采集站通過(guò)網(wǎng)線接入3#機(jī)組采集站的交換機(jī)。各傳感器的信號(hào)進(jìn)入采集站后，通過(guò)以太網(wǎng)傳入值班室的系統(tǒng)主機(jī)中。采集站直接輸出各傳感器的振動(dòng)數(shù)字波形信號(hào)，對(duì)3臺(tái)機(jī)組進(jìn)行故障診斷，例如：利用頻譜分析方法，可在頻域中將動(dòng)態(tài)信號(hào)分為低頻、中頻和高頻，在低頻內(nèi)主要包含了轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中、竄動(dòng)、主軸彎曲、機(jī)座松動(dòng)、油膜渦動(dòng)、水泵葉片等故障；在中頻內(nèi)主要包含了齒輪故障、轉(zhuǎn)子碰磨，共振頻帶等故障；在高頻內(nèi)主要包含了流體噪聲、沖擊脈沖、流體空穴、結(jié)構(gòu)共振、流體振蕩等故障。以上各種故障具有不同的頻率和不同的頻譜結(jié)構(gòu)，故障的嚴(yán)重程度由其對(duì)應(yīng)的頻率幅值高低來(lái)表示。此外，利用波形分析、軸心軌跡分析、數(shù)字濾波分析、解調(diào)分析、通頻全息譜分析等方法也能得到許多有用的分析結(jié)果。第18頁(yè)位移傳感器1位移傳感器27位移傳感器位移傳感器4:位移傳感器”二轉(zhuǎn)速傳感器E:速度傳感器1丁速度傳感器27速度傳感器37速度傳感器4:加速度傳感器J加速度傳感器"加速度傳感器三：加速度傳感器4：