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        齒輪磨損狀態(tài)的周期平穩(wěn)信號分析

        2016-12-15 00:50:51金大瑋朱建新李偉
        高師理科學刊 2016年11期
        關(guān)鍵詞:齒面高階齒輪

        金大瑋,朱建新,李偉

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        齒輪磨損狀態(tài)的周期平穩(wěn)信號分析

        金大瑋1,朱建新2,李偉1

        (空軍航空大學 1. 飛行器與動力系,2. 基礎部,吉林 長春 130022)

        對齒輪常見的失效形式——磨損進行分析,并根據(jù)實際信號,將時域分析、FFT與周期平穩(wěn)信號分析相比較.仿真結(jié)果表明,周期循環(huán)平穩(wěn)分析方法在提取故障特征方面具有更大的優(yōu)勢.

        齒輪;磨損;周期平穩(wěn)信號;調(diào)制

        1 齒輪磨損的信號分析方法概述

        齒面磨損是開式齒輪主要的失效形式之一,一般是由于潤滑油不干凈或載荷過大造成的.當不干凈的潤滑油或者磨粒進入正在運轉(zhuǎn)的齒面時,就有可能使齒面局部表面材料磨損或撕裂,這樣就會使齒廓發(fā)生顯著改變,加大側(cè)隙.在工程中及時準確地預知或診斷齒面是否磨損是非常重要的.在工程實際中,經(jīng)常使用信號處理辦法對齒輪的磨損情況進行預測與診斷[1-3].

        在齒輪故障診斷中,常用的信號處理方法為時域分析與頻域分析[4].近些年來,周期循環(huán)平穩(wěn)信號的分析方法也逐漸引起了人們的關(guān)注,這是因為對于旋轉(zhuǎn)機械的某些零部件(軸承、軸和齒輪等)來說,在它們工作時產(chǎn)生的振動信號含有調(diào)制現(xiàn)象,這種調(diào)制現(xiàn)象通常是以調(diào)幅或調(diào)頻的形式表現(xiàn)出來.因此,在進行信號分析時,除了要兼顧到信號本身的特點,還要考慮到調(diào)制的現(xiàn)象[5].在進行故障診斷時,常用的傳統(tǒng)分析方法同周期平穩(wěn)信號相比,故障特征的提取能力并沒有優(yōu)勢.同時,非平穩(wěn)的高階噪聲和平穩(wěn)噪聲都不能影響高階循環(huán)統(tǒng)計量與高階譜分析.所以,在進行此類分析時,可以忽略這2類噪聲的影響.這樣看來,周期循環(huán)平穩(wěn)信號在齒輪磨損方面的故障診斷具有極大的優(yōu)勢[6-8].

        2 齒輪箱磨損狀態(tài)的周期平穩(wěn)信號分析

        數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖1.

        圖1 齒輪磨損狀態(tài)解調(diào)分析

        由圖1a可以看出,齒輪有明顯的沖擊現(xiàn)象.在FFT譜圖中,譜峰在嚙合頻率與它的2倍頻處較為明顯,并且在嚙合頻率處的譜線兩邊存在有非常明顯的邊頻帶,邊頻帶的幅值變化清晰可見;在圖1c的低頻段中有一峰值的對應頻率為12.2 Hz,很明顯,應是高速軸的轉(zhuǎn)頻;在圖1d圖中,嚙合頻率處的譜線兩側(cè)也存在起伏變化明顯的邊頻帶.將圖1d與圖1b、圖1c比較后發(fā)現(xiàn),噪聲對前者的影響比后兩者要弱得多.根據(jù)譜圖分析可以看出,在載波頻率384.1Hz兩邊所分布的譜線所對應的頻率值分別為372 Hz,373.5 Hz,375.8 Hz,392.2 Hz,396.4 Hz.經(jīng)過計算可以知道載波頻率附近的頻帶距離為12 Hz與12.2 Hz,這與圖1c解調(diào)出來的頻率是基本相同的.375.8 Hz,392.2 Hz這2個頻率與載波頻率之間的帶寬為8.1 Hz,這恰好與低速軸轉(zhuǎn)速一致.373.5 Hz與載波頻率之間的帶寬為10.5 Hz,大約是低速軸轉(zhuǎn)頻與高速軸轉(zhuǎn)頻之和的二分之一.這樣看來,調(diào)制作用是由高速軸與低速軸的轉(zhuǎn)頻對嚙合頻率的影響而產(chǎn)生的.

        在對磨損齒輪的故障信號進行分析時,周期循環(huán)平穩(wěn)信號分析方法與時域分析和FFT信號分析相比,對于提取故障信號的特點具有更大的優(yōu)勢.

        [1] 張賢達,保錚.非平穩(wěn)信號分析與處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998

        [2] 王宏禹.非平穩(wěn)隨機信號分析與處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,1999

        [3] 陳進,姜鳴.高階循環(huán)統(tǒng)計理論在機械故障診斷中的應用[J].振動工程學報,2001,14(2):125-132

        [4] 黃文虎,夏松波,劉瑞巖,等.設備故障診斷原理、技術(shù)及應用[M].北京:科學技術(shù)出版社,1996

        [5] 張雨,徐小林,張建華.設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的理論與實踐[M].長沙:國防科技大學出版社,2000

        [6] 丁康,李巍華,朱嘵勇.齒輪及齒輪箱故障診斷實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005

        [7] 高國華,張永忠.齒輪箱故障診斷技術(shù)的新發(fā)展[J].機械傳動,2003,60(3):58-61

        [8] 陳進,姜鳴.高階循環(huán)統(tǒng)計理論在機械故障診斷中的應用[J].振動工程學報,2001,14(2):125-132

        Periodic stationary signal analysis on gear′s abrasion

        JIN Da-wei1,ZHU Jian-xin2,LI Wei1

        (1. Department of Aircraft and Dynamic,2. Department of Basic Course,Aviation University of Air Force,Changchun 130022,China)

        Analyzes abrasion which is the common failure of gear,and compare time-domain analysis,F(xiàn)FT and periodic stationary signal analysis,periodic stationary signal analysis.The simulation results showes that the periodic stationary signal analysis is the best method to abstract fault characteristic.

        gear;abrasion;periodic stationary signal;modulation

        1007-9831(2016)11-0025-03

        O29∶TH17

        A

        10.3969/j.issn.1007-9831.2016.11.007

        2016-10-08

        吉林省教育廳“十二五”科學技術(shù)研究項目——周期平穩(wěn)信號分析在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中的應用

        金大瑋(1976-),女,吉林九臺人,講師,博士,從事故障診斷研究.E-mail:jindawei2002@163.com

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