齒輪與滾動軸承故障的振動診斷

原永玖，車軍劍，楊孟想，金歡吉林大學

齒輪與滾動軸承故障的振動診斷

原永玖，車軍劍，楊孟想，金歡
吉林大學

振動分析在齒輪與滾動軸承的診斷中應用非常廣泛。本文首先分析了齒輪和滾動軸承故障診斷的重要意義，然后闡述了齒輪和滾動軸承故障診斷的特點，分析了齒輪與滾動軸承故障的振動診斷傳統方法的局限性，為克服傳統方法的診斷局限性，提出了可利用時延相關整流解調法對齒輪與滾動軸承故障進行振動診斷。

齒輪；滾動軸承；振動；診斷

一、齒輪和滾動軸承故障診斷的意義

關于減速器以及滾動軸承，在設計、結構、材質以及制作這四個方面已經達到了規范化的程度,但是這些依然無法避免類似磨損、剝落、裂紋等常見問題的發生。尤其是航空發動機,它的減速器和滾動軸承是重要部件,也是常有問題發生的部位。若是減速器和滾動軸承發生問題，那么將會影響到整個發動機甚至整個飛機的安全問題。所以，要加強對減速器和滾動軸承容易發生問題的部位的檢查，這是對航空發動機問題診斷和監督工作中最重要的環節,有著非常重要的意義。而且減速器和滾動軸承產生問題的種類非常多,發動機結構也比較復雜，測試條件也有局限,導致對其問題的診斷非常困難，因此需要研究出有效的方法。

要想使其能夠正常運行,企業每期會花費很多的檢修費用，這在所有費用中占有非常大的比重。所以，要想使設備維修更科學和完善,就要對維修設備的質量、問題情況、問題出現的部位以及原因進行詳細的了解。對保證生產、節省時間、延長設備使用期限以及設備的維修,有著非常重要的現實意義。

二、齒輪和滾動軸承故障診斷的特點

針對大型旋轉機械，比如鼓風機、壓縮機等,這些設備出廠后，它們的內部都會安裝傳感器,以及對應的監控系統，以此來監測設備的運行狀態，但是，人們卻忽視了重要的一點，那就是對齒輪和滾動軸承狀態的監督和對其問題的診斷。齒輪和滾動軸承這些部件是大型旋轉機械的重要部件,在進行運行監督和問題診斷的同時也要使其正常運轉。所以,一般情況下，在減速器和軸承上，人們采用加速度傳感器來獲取振動加速度信號,這種測試方法的缺點是會使信號的傳播路線很復雜,而且在齒輪箱殼上測出來的信號會參雜著其他的信號，比如齒輪和滾動軸承的信號。現在有一些比較有效的測量方法,包括通過測量轉軸的扭振信號找出問題處理的方法，但這操作起來有點偏離實際。

針對大型旋轉機械來說，對于它的振動監測測出的信號大部分處在低頻、轉頻以及倍頻部位,因此使用位移和速度傳感器就可以完成,對于齒輪箱和滾動軸承,因為監測對象的特征,振動信號大部分處在中高頻部位,所以需要使用振動加速度傳感器來進行測試。而且齒輪箱和滾動軸承的測量方法有條件限制，設備自身的信號是高頻信號,使用的傳感器為加速度傳感器,存在很多噪音,所以應該及時采取有效的除噪措施。

齒輪的部分位置出現問題時，會對在機器運轉過程中的系統造成一定的影響,這種影響使系統產生周期性振動,所以在振動信號中會有一定的沖擊力減弱波形。對于滾動軸承,因為其結構非常獨特,軸承元件存在缺陷進而出現的沖擊會影響到轉動頻率的調整,所以滾動軸承的振動信號中具備自我調整的特點。

三、齒輪與滾動軸承故障振動診斷的方法探究

（一）傳統故障診斷方法

時域分析法主要應用在振動信號的降噪上。這種方法運用在齒輪箱的問題診斷上,可以通過總振動信號找出嚙合齒輪的振動信號,把其余的振動信號和產生的噪聲一并消除,提高信號的信噪比。因為滾動軸承的內環和外環出現損壞的情況下，它的振動信號產生的問題頻率和軸的轉動頻率是不一樣的,所以，時域同步平均法可以把齒輪箱中齒輪損壞產生的振動問題和軸承損壞產生的振動問題嚴格的分開。若是想獲得另外一對嚙合齒輪的振動信號,那么只要保證脈沖的頻率與嚙合齒輪軸的轉動速度相同就可以。

關于頻譜分析法，它是一種進行快速傅里葉變換的方法。它能夠把信號從時域轉換到頻域,從而得到振動信號的能量以及功率的頻譜,包括功率譜、幅值譜、等等，運用數譜的方式將其表現。功率譜是信號頻率的一部分,而幅值譜則是幅值的線性分布,數譜可以把次要的頻率表現出來。因此在設備問題分析的過程中,尋找振動源頭,找出問題發生的原因,找出問題發生的位置、種類等各個方面都有著非常大的用途。

（二）時延相關整流解調法

傳統問題分析方法是分析齒輪和滾動軸承問題產生原因的主要方法，在實際中，測量信號時，出現的噪聲會影響到振動信號的自我調制,導其致解調效果很不好,因此需要使用一種叫做時延相關解調的方法對齒輪和滾動軸承出現的問題進行分析。

時延相關整流解調法就是針對測量到的信號實施自相關計算,以此來減少噪聲,接下來把自相關信號時延處理,達到二次降噪的目的，再對之后的自相關信號進行計算，并取其絕對值,最后一步是對整流后的信號采取傅立葉變換的方式,這樣解調效果會上升到另一個高度。

針對齒輪崩齒的問題,時延相關整流解調法可以很好的減少噪聲帶來的沖擊，顯示出問題的特征所在。關于齒輪崩齒、滾動軸承的內環點蝕和外環劃痕這些問題,運用直接整流解調法能夠快速的找出問題的所在以及發生的部位，但是與上一種方法相比,時延相關整流解調法有著受噪聲沖擊較小的優點,還可以顯示問題信息的頻率,使得問題分析更加透徹。關于滾動軸承的滾珠劃痕問題，支撐架斷裂問題的解決，雖然直接整流解調法不能對此進行系統的分析，并辨別問題的類型，但是時延相關整流解調法卻可以做到這些，而且非常有效。

四、結語

齒輪與滾動軸承故障的振動診斷傳統方法有很多不足和局限的地方，為避免和克服這些不足和局限，本文通過對齒輪與滾動軸承故障的振動診斷的特點及相關理論進行分析，提出了可利用時延相關整流解調法對齒輪與滾動軸承故障進行振動診斷。時延相關整流解調法成功解決了傳統診斷方法的不足和局限，能對齒輪與滾動軸承的故障進行有效振動診斷，方法簡單可行。

[1]陳剛.齒輪和滾動軸承故障的振動診斷[D].西北工業大學2007

[2]陳鵬.基于神經網絡的滾動軸承故障診斷方法研究與應用[D].四川大學2006

車軍劍，吉林大學，農業機械化及其自動化，包裝工程專業。

楊孟想，吉林大學，農業機械化及其自動化，包裝工程專業。

金歡，吉林大學，農業機械化及其自動化，包裝工程專業。

原永玖（1994-），男，漢族，山東榮成人，吉林大學，本科，包裝工程專業。