设备状态监测与故障诊断.doc

《设备状态监测与故障诊断.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、研究生课程作业科目：教师：姓名：学号：专业：类别：上课时间：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目录一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法11.1齿轮频率及啮合振动的机理11.1.1齿轮啮合频率11.1.2齿轮振动的机理21.2齿轮故障诊断方法51.2.1齿轮的故障类型51.2.2齿轮故障信号的频域特征71.2.3齿轮故障诊断的常用方法8二、滚动轴承故障的特征频率推导计算132.1滚动轴承故障的特征频率推导计算132.1.1不受轴向力时滚动轴

2、承故障的特征频率132.1.2受轴向力时滚动轴承故障的特征频率15三、注水泵机组状态在线状态监测与故障诊断系统163.1概述163.2系统的监测参数及测点布置163.2.1测点的选择和布置163.3系统硬件结构组成及各部分功能173.3.1系统硬件组成173.3.2系统总体结构及各部分功能173.4总结21一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法1.1齿轮频率及啮合振动的机理1.1.1齿轮啮合频率在齿轮传动系统中由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮

3、合，啮合区的大小则由重叠系数ε决定。因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，也引起齿轮的振动。图1.1是齿轮副的运动学分析示意图，其中是主动轮的轴心，是从动轮的轴心。设主动轮以作匀角速度运动，A、B分别为两个啮合点，则有>，即A点的线速度大于B点的线速度，又因为<，则从理论上有　　　、　　　，所以。又因A、B又是从动轮的啮合点，当齿轮副啮合传动时，随着啮合点沿啮合线移动，从动轮的角速度存在波动。当有

4、两对齿啮合传动时，因为从动轮只能有一个角速度，所以在啮合的轮齿将会上产生弹性变形，这个弹性变形力将随啮合点的位置、轮齿的刚度以及啮合轮齿数的变化而变化，所以它是一个随时间变化的力。图1.1齿轮副的运动学分析同理，即使主动轮传递的是一个恒转矩，在从动轮上仍然产生随时间变化的啮合力和转矩。而且单个的轮齿可以看成变截面悬臂梁，啮合齿对的综合刚度也随啮合点的变化而变化，这就造成轮齿振动的动力学分析更加复杂，但轮齿的振动确由以上原因引起。因此齿轮传动系统的啮合振动是不可避免的。振动的频率就是啮合频率。也就是

5、齿轮的特征频率，其计算公式如下：齿轮一阶啮合频率：啮合频率的高次谐波：，其中：N—齿轮轴的转速（r/min）　Z—齿轮的齿数1.1.2齿轮振动的机理齿轮传动系统是一个弹性的机械系统，所以若以一对齿轮作为研究对象，如图1.2，则齿轮传动的动态激励方程如下：—在齿面接触力作用下沿作用线产生的齿轮相对位移—齿轮副的等效质量，—齿轮啮合阻尼—齿轮啮合刚度，随时间t变化—齿轮受载后的平均弹性变形—齿轮传动误差和故障激励所引起两齿轮间的相对位移图1.2一对齿轮的力学模型激励源由两部分组成：,称为常规啮合激励，

6、也即无故障的正常齿轮在啮合过程中也会产生的向量振动。是由系统的内部激励和外部激励产生的，齿轮故障振动主要由这部分激励引起，所以也称为齿轮的“故障函数”。其中内部激励是指轮齿在啮合过程中由于缺陷或故障产生的激励。如齿轮由于制造不精确、装配质量低产生的轮齿周节误差、齿形误差、齿轮偏心、质量不平衡、轴线不对中等故障，还有运行中产生的齿面疲劳、擦伤、磨损和断裂等故障带给齿轮的激励。而外部激励则与齿轮本身问题无关，是外界对齿轮输入的激励，但也影响到齿轮的振动情况。例如滚动轴承故障的传递、负载力矩波动、摩擦离

7、合器发生的摩擦激励等。所以由齿轮传动系统模型知道齿轮啮合频率产生的原因主要有啮合刚度的变化、啮合冲击、节线冲击。1）啮合刚度的变化啮合刚度的变化原因有：①随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化，②因为重叠系数ε不为整数，所以啮合传动时参加啮合的齿数在变化。因而，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理单齿啮合时，载荷由一个齿承担，此时齿轮的啮合刚度较小。在单、双齿啮合区的交变位置，每对齿副所承受的载荷将发生突变，齿轮在进入啮合和退出啮合时，产生齿

8、入冲击和齿出冲击，因而产生沿啮合线方向作用的脉动，这样必将激发齿轮的振动，所以齿轮的啮合刚度周期性变化的频率与齿轮旋转频率成整数倍关系。以图1.3直齿轮啮合传动为例可得图1.4所示直齿轮的啮合刚度变化曲线：图1.3直齿啮合传动示意图图1.4直齿啮合时的力和刚度变化其中图1.4中a曲线代表啮合齿上的作用力的变化；b曲线代表啮合齿的刚度的变化；c曲线代表齿轮发生的的变化。2）啮合冲击齿轮在啮合过程中，由于轮齿误差和受载弹性变形的影响，轮齿进入啮合点和退出啮合点与理论值发生偏差，因而在进