齿轮减速机振动信号拾取方法的研究

2019-03-28 糖果派对网站网址APP 5328

 

几何参数齿轮代号模数(mm)齿数变位系数齿宽(mm)螺旋角精度等级12Z1=20040806’34’’8-8-822Z2=79040806’34’’8-8-833Z3=16060806’34’’9-9-943Z4=83060806’34’’9-9-9注:电机转速:n=93lrPm;二级圆柱斜齿轮减速机内所有滚动轴承的精度为E级。 有关零部件固有频率的计算预测传动零件及轴承应力套圈固有频率有助于从所测得的动态应变信号中区分出哪些是传动零件的故障频率,哪些是传动零件及轴承应力套圈固有频率,从而可以准确地诊断出那一个传动零件发生了故障。

传动零件的有关故障振动频率计算公式见第4章。

(1)仅考虑轮齿的扭转振动齿轮啮合的固有频率根据ISO圆柱齿轮强度计算标准,轮齿啮合的固有频率计算公式为:式中:Cr一轮齿的啮合刚度;mred一齿轮副的当量质量。

根据计算,Z1和Z2轮齿啮合的一阶固有振动频率为:fg1=235Hz;Z3和Z4轮齿啮合的一阶固有振动频率为:fg2=272Hz(2)传动轴(包括齿轮)扭振固有频率齿轮传动装置中轴系部件传动轴的振动以扭转振动为主,故只计算轴的扭振固有频率。

由于信号监测部位在II轴轴承处,故只计算II轴扭振固有频率。 上式中:fn1和fn2为II轴一二阶扭振固有频率;Kθ-II轴的扭转刚度;I1、I2-节点两边轴及齿轮的转动惯量。 根据计算:fn2=234Hz。

(3)套圈径向振动低阶固有频率计算由于套圈是直接承受齿轮传动装置箱体动态激励力的零件,且电阻应变片是直接粘贴其上的,因此套圈的共振将直接反映在动态应变信号中。

为了准确无误地从动态应变信号中诊断出传动零件的故障信息,必须预测套圈的径向振动固有频率。 套圈是一个不规则的零件,先用有限元按三维八节点实体单元对它进行网格划分,图3-7是有限元网格划分图。

边界条件是这样处理的:由于套圈装在减速机箱体孔中时,和孔的配合是过盈配合,且套圈内表面与传动轴外表面也是过盈配合,故套圈的配合面处均按固支对待。 经ABAQUS有限元软件处理后输出质量矩阵和刚度矩阵,然后用广义的Collatz包含定理求出它的低阶固有频率。

广义特征值的Collatz包含定理计算公式如下:对于由质量矩阵和刚度矩阵构成的广义特征值问题MX=λKX(3-7)Crandall中和胡海昌都指出了Collatz定理不适用于广义特性值问题,若化成标准特征值问题DX=μX,μ=(3-8)由于动力矩阵D=M-1K不再具有对称性,因之Collatz包含定理不再适用,当M为对角矩阵,矩阵D仍为对称矩阵,因此化广义特性值问题为对称矩阵的标准特征问题,Collatz包含定理仍适用。 按通常的矩阵迭代法,一般也避免矩阵的直接求逆,而是采用三角分解。

下面按刚度矩阵K正定情况讨论:K=LLT令y=LTX代入(6)式,并前乘L-1,得L-1ML-1y=λL-1LLTL-Ty于是得标准特征值问题Ay=λy(3-9)其中A=L-1ML-T(3-10)当求得了套圈的质量矩阵和刚度矩阵后,利用前面的公式编程进行迭代计算,求得套圈的一阶振动固有频率f=齿轮传动装置故障振动诊断特征参数及动态应变信号分析齿轮传动装置中传动零件在发生故障时,其振动时域波形、振动频率成份及振动能量都将发生改变。

一般来说,利用振动时域波形的变化可精略地诊断传动零件发生故障的情况,但要更准确地诊断传动零件发生故障的情况,必须利用频域参数及振动能量或功率的变化来进行分析。

这里采用齿轮传动装置传动零件可能发生故障的振动频率(具体计算公式见第4章)及其振动频率处的功率作为故障诊断特征参数,通过分析应变信号的频率成份和振动频率处的功率大小较准确地诊断传动零件发生故障的情况。

图3-8是齿轮传动装置信号分析流程图,用HP3562动态数字分析仪采集MR-30磁带记录仪纪录的二级圆柱斜齿轮减速机试验过程中的模拟信号,可得到齿轮传动装置载荷、齿轮传动装置箱体动态激励力应变变化的时域信号,对此信号作FFT变换,可得到载荷谱和动态激励力应变变化时域信号的功率谱。

为了防止功率谱泄露,在作FFT变换时,需作加窗处理,由于试验采集的是随机信号,故加汉宁(Hanning)窗处理。 利用故障诊断特征参数一传动零件可能发生故障的振动频率及其振动频率处的功率对试验信号进行诊断分析。

当功率谱所包含的频率成份难以区分时,可采用倒谱分析。

图3-9和图3-10分别是称重传感器测出的由磨擦加载装置旋加给齿轮传动装置载荷时域和频域信号(功率谱)。

从图3-9和图3-10可看出,载荷主要分量是频率为28Hz正弦流。 图3-11和图3-12分别是套圈垂直方向上应变时域和频域信号(功率谱)。

 

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