设备状态监测与故障诊断作业

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1、研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）目：设备状态监测与故障诊断教名：黄启然学业:车辆工程师：谢志江号：20110702211别：（学术）上课时间：2012年4月至2012年6月考生成绩:卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师（签名）重庆大学研究生院制试叙述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断的方法。答：假设齿轮转动副主动轮转速为山，齿数为Z1，从动轮相应为门2，Z2o产生机理：(1)载荷交变：齿轮在传动过程屮，每个齿轮周期的进入和退出啮合，对直齿圆柱齿轮来说，其啮合区分为单齿啮合区和双齿啮合区，在单齿啮合区。全部载荷由一对齿副承担，而在双齿啮合区，载荷由两对齿副承担。

2、很显然，在单双齿啮合区的交变位置，每对齿轮副所承担的载荷将发生突变，从而激发齿轮振动。(2)轮齿的刚度变化：传动过程屮，每个轮齿的啮合点均从齿根向齿顶或从齿顶向齿根逐渐移动，由于啮合点沿齿高方向不段变化，各啮合点处齿轮副的啮合刚度也随之变化，从而使齿轮产生振动。(3)由于齿轮的受载变形，其基节变化，在齿轮进入啮合合退出啮合吋，将产生啮入冲击和啮出冲击。(4)在齿轮副啮合时，当啮合点与节点重合时，齿轮间是纯滚动，而在两边是滑动，且摩擦力的方向相反，每啮合一次力的方向变化一个周期，产生振动。这种振动是以每齿啮合为基木频率进行的，该频率为啮合频率Z2*r)2m_60_60。齿轮故障诊断方法：

3、由于齿轮发生故障的时候都会产生一些振动，因此对齿轮故障的诊断方法主要是基于对齿轮的振动情况进行分析，得出齿轮是否存在故障的结论。(1)齿轮的振动特征：在齿轮运转的状态下，随着内部故障的发生和发展，必然会产生振动上的异常。经实践证明，振动分析在齿轮故障检测的方法中是一种最有效的方法。若齿轮副主轮转速为q,齿数为彳,频率为/；；从轮转速为$，齿数为Z2,频率为/；，则齿轮啮合频率£为：fc二NfZ、=Ng二nHz严N巴Zro当齿轮处于正常或异常状c1160160~态时，啮合频率的振动部分及其倍频总是存在的，但这两种状态下的振动水平是有差异的。如果仅仅依靠对齿轮振动信号的啮合频率和它的倍频

4、成分的差异来判别齿轮的故障是远远不够的，因为故障对振动信号的影响往往是多方面的，这其中就包括幅值调制、频率调制和其他的频率成分。(2)齿轮故障诊断的常用方法：(1)细化谱分析法：细化谱分析法是通过采用频率细化技术来增加频谱图中某些频段上的频率分辨率，即所谓的“局部频率扩展”法。在齿轮故障信号中，调制后得到的边频含有丰富的故障信息，但是在一般的频谱图上往往乂找不出清晰、具体的边频，究其原因是频谱图的频率分辨率太低。频谱图上的频率分辨率则是由谱线和最高分析频率决定的,具体关系为下式：^=fc/n=fs/N式中，纣——频率间隔，即频率分辨率；£——分析频率范围，即最高分析频率；人——采样频率

5、，一般取'二2.56龙；n——谱线条数；N——采样点数。（2）倒频谱分析法：频谱图的幅值有两种表示方法:一种是以振幅形式表示，称为幅值谱；另一种以能量形式表示，称为功率谱。功率谱是用来研究各频率成分的能量在频域上的分布。频谱图纵坐标的刻度也有两种表示方法:一种是线性坐标，另一种是对数坐标。线性坐标的优点是直观，缺点是不能同时显示数值相差很大的成分；而对数坐标恰恰相反，可以同时显示出数值相差很大的频率成分，但这些成分之间是不成线性比例关系的。幅值谱的纵坐标为线性坐标，功率谱的纵坐标一般为对数坐标。对数坐标以分贝［dB］表示，其定义为4=201g（A/4）式中，A/——基准幅值，常取A/二

6、IV。（3）齿轮传动故障的诊断方法：（1）基于小波分析的齿轮传动故障诊断方法。齿轮箱故障诊断的四个步骤依次为信号检测、特征提取（信号处理）、状态识别和诊断决策。目前最常用的齿轮故障诊断方法有时域分析和频域分析两种，而这些方法在诊断齿轮的局部缺陷时往往都存在着一些不足。而小波分析是一种全新概念的、变分辨率的时域-频域局部分析方法，它在一定程度上弥补了傅立叶变换和STFT变换的不足，可对指定的频带和I］寸段内的信号进行准确的分析。这样我们就可以实时采集示功图并对它进行分析，这就是小波分析具有的特殊优点，这对诊断齿轮箱的故障提供了便利。(1)基于相关分析与小波变换齿轮传动故障诊断的方法。相关

7、函数具有降噪特性，同吋它还不改变信号的调制特性。信号x(t)的自相关函数可表示为R2片吸TJ：i(t)x(t+r)dt,式中：x(f)是x(『)的共辘函数。随机噪声信号的自相关函数心⑺可表示为：Rx⑺二Kb'：：：；)。式中：K为系数;B为信号频带宽度。当滞后量丫增大到一定程度时，Rx(T)f0,即表示当时间滞后很大时，随机噪声的自相关函数将衰减掉。设调幅信号为：X(t)=AeJxtejwl,从而Rx(t)=A2ejxtejwto可见，调幅信号