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频谱分析法在齿轮箱故障诊断中的应用

时间:2022-09-14 来源:钮旅网
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Vol_23 No.4 安徽工业大学学报 第23卷第4期 October 2006 J.of Anhui University of Technology 2006年10月 文章编号:1671—7872(2006)04—0415—03 频谱分析法在齿轮箱故障诊断中的应用 戚晓利,潘紫微 (安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002) 摘要:利用各种频谱分析手段(细化功率谱和倒频谱)对某轧钢厂齿轮箱振动信号进行了全面分析,发现整个传动装置产生的不 平衡导致齿轮箱振动异常,经过装配调整,并做了动平衡试验,有效地解决了这一问题。 关键词:齿轮箱;故障诊断;细化功率谱;倒频谱 中图分类号:TH132 文献标识码:B Application of Spectrum Analysis in Fault Diagnosis of Gearcase QI Xiao-li,PAN Zi-wei (School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology,Ma anshan 243002。China) Abstract:Generally analyses vibration signals of gearcase in some roiling mill by using various spectrum analytical methods(such as zoom apecturm and cepsturm)。and finds out that source of exceptional vibration is owing to imbalance of the whole gearing.Through assembly adjusting and carrying out dynamic balance test, ifnally solves problems of production practice and ensure that the product line is put into production on schedule. Key words:gearcase;fault diagnosis;zoom specturm;cepsturm 引 言 齿轮箱是机械设备中最主要的连接及传递动力的部件之一,由于其故障造成设备不能正常运转的现象 屡见不鲜,特别是对于一些大型和连续生产的设备,一旦出现故障,就会造成很大的损失【1]。 国内外许多学者都在致力于齿轮故障课题的研究,提出了在不同领域内对齿轮进行诊断的方法。功率 谱分析法就是其中比较成熟的一种诊断方法,细化谱分析和倒频谱分析作为其辅助手段,对识别齿轮边频结 构很有效【2I31。 1现场测试与频谱分析 某冷轧厂酸洗生产线上头部矫直机处2台齿轮箱在调试期间出现异常情况:当齿轮箱转速达到额定转 速的50%时,振动偏大。进一步提高转速到额定转速的90%时,齿轮箱已经无法正常工作。初步判断有以 下两种原因: (1)齿轮箱本身存在偏心现象(比如:齿轮的回转中心与几何中心不重合); (2)齿轮箱的6根输出轴通过6个十字轴万向联轴器与外部6根辊子相连,三者构成的系统也可能产生 不平衡。 为了找出振动异常的根源,对齿轮箱进行了2次测试。在第2次测试时,将齿轮箱与辊子完全脱开,使其 变成空转。 在整个测试过程中使用2个加速度传感器,分别测量齿轮箱输入轴以及输出轴水平和垂直方向上的振 信曼 收稿日期:2006—04-06 基金项目:安徽省青年教师科研资助计划项目(2005JQ1077) 作者简介:戚晓利(1975一),男,安徽濉溪县人,讲师。 维普资讯 http://www.cqvip.com

416 安徽工业大学学报 2006年 图1,图2反映了该齿轮箱的传动关系(说明:轴1是输入轴,轴2及其余5根轴都是输出轴。6根输出轴 转速相同,并通过6个十字轴万向联轴器与外部6个辊子相连)。 轴2 2 { 轴1  lI f {  l7 f } {Z1 z j卜 卜 ~lZ4 {  il~ l f 图1齿轮箱传动空间示意图 图2齿轮箱传动俯视剖面图 表1齿轮箱各齿轮的啮合频率 1.1第一次测试情况与频谱分析 第一次测试时,齿轮箱与外部6根辊子通过6个十 字轴万向联轴器连在一起,电机实际转速为1620 r/min 时,齿轮箱振动幅值已大大超过了允许范围。此时,该齿 轮箱输入轴1的转频为27 Hz,输出轴2~7的转频为 2 514.19 527 31 540.44 554.19 567.00 580.13 能量/dB 49.92 42.96 48 08 45.39 43.22 33.98 ∞ 皿圃{ ∞ 耀 t/ms 图3倒频谱图 f/Hz 图4 细化功率谱图(细化中心567 Hz) f/m 316.75 329.88 343.00 355 81 368.00 381.13 394.25 从图4可以看出,在输入轴齿轮z 与输出轴齿轮 z:的啮合频率567 Hz处调制出以输出轴的旋转频 率n ̄13.17 Hz为间隔的一组边频带,而且非常有规 律。以输出轴齿轮z。与Z4的啮合频率368 Hz为细 化中心做细化功率谱图,见图5。 能量/dB 37.76 42.29 37.56 37.06 34.02 27.98 25.23 结果发现在输出轴齿轮z。与z 的啮合频率368要 Hz处同样调制出以输出轴的旋转频率n ̄13.17 Hz 20_00 为间隔的一组边频带。 1.2第二次测试情况与频谱分析 第二次测试时,将齿轮箱与6根辊子完全脱开, 使其变成了空转(电机转速:1620 r/min)。分别以齿一10.00 368.00 430.50 轮z。,Z4及齿轮z ,z:的啮合频率为细化中心进行细 化分析得功率谱图6。 f/l-Iz 图5细化功率谱图(细化中心368 Hz) 维普资讯 http://www.cqvip.com

第4期 戚晓利等:频谱分析法在齿轮箱故障诊断中的应用417 f/Hz 369 2 f/Hz 567.00 能量/dB 39.52 能量/dB 40.37 50.OO ∞ ∞ 10.00 坷皤1 2O.o0 ・ 4mz 358.8 587.OO fA-Iz fA-Iz 图6细化功率谱(左图细化中心368 Hz.右图细化中心567 Hz) 从图6可以看出,在齿轮z ,z 以及齿轮z ,z 的啮合频率处均无明显边频带出现。另外,对两次测试获 得的齿轮箱时域波形的基本参数进行了计算与比较,见表2。 表2齿轮箱时域波形的基本参数(mV) 从表2可以看出,第二次测试时,齿轮箱的振幅大幅度下降,运转也较第一次测试时平稳了很多。 2诊断结果 该齿轮箱频谱特性符合齿轮偏心这一大周期故障特征。根本原因是齿轮箱、十字轴万向联轴器与辊子三 者构成的系统产生了不平衡,最终反映为齿轮偏心现象。 基于此,应该从齿轮箱和辊子的连接环节入手找问题根源,检查整个装配过程是否严格按规范进行,并 建议装配好后做动平衡试验。 结果发现,在安装连接齿轮箱输出轴与辊子的十字轴万向联轴器时产生了质量不平衡,由此造成齿轮箱 出现振动异常。 3结 论 先后对齿轮箱进行2次现场测试,并借助各种频谱分析手段,找出了其振动异常的根源,主要是齿轮箱、 十字轴万向联轴器与辊子三者构成的系统产生了质量不平衡。经过装配调整,并做了动平衡试验,有效地解 决了这一问题,保证了酸洗生产线按期投入使用。 参考文献i 【1】虞和济,韩庆大,李沈,等.设备故障诊断工程【M】.北京i冶金工业出版社,2001. [2]张金,张耀辉,黄漫国.倒频谱分析法及其在齿轮箱故障诊断中的应用[J].机械工程师,2005(8):34—36. 【3】牛立勇,关惠玲.细化和倒谱分析在坦克齿轮箱故障诊断中的应用【J].郑州大学学报,2003,24(3):95—97 

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