齒輪箱是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用非常廣泛的一種通用部件，一般由若干組齒輪、軸、軸承、聯(lián)軸器、潤(rùn)滑裝置及箱體等部分組成，承擔(dān)著傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的重任。在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，由于正常磨損與疲勞、設(shè)計(jì)不當(dāng)、制造裝配的誤差、維護(hù)保養(yǎng)不善以及操作失誤等原因均能導(dǎo)致故障的產(chǎn)生，其中以軸系、齒輪等較易失效。一般情況下，當(dāng)齒輪箱發(fā)生某些故障時(shí)，故障的特征頻率的諧波會(huì)大量出現(xiàn)，同時(shí)其周邊會(huì)存在許多邊頻帶，利用振動(dòng)信號(hào)的邊帶特征，可以對(duì)齒輪箱某些故障進(jìn)行有效診斷。

1、調(diào)制原理

        在齒輪箱的振動(dòng)頻譜中，常見(jiàn)到特征頻率或其高階諧頻附近存在一些等間距的頻率成分，這些頻率成分稱為邊頻帶。邊頻帶的產(chǎn)生主要與振動(dòng)信號(hào)被調(diào)制有關(guān)，調(diào)制在數(shù)學(xué)上可分為幅值調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。

        幅值調(diào)制從數(shù)學(xué)上看，相當(dāng)于兩個(gè)信號(hào)在時(shí)域相乘，在頻域上，相當(dāng)于兩個(gè)信號(hào)的卷積。這兩個(gè)信號(hào)，頻率相對(duì)較高的，稱為載波，而另外一個(gè)頻率相對(duì)較低的，稱為調(diào)制波。在齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中，高的特征頻率是載波成分，齒輪軸上的旋轉(zhuǎn)的故障頻率成分通常是調(diào)制波成分。以最簡(jiǎn)單的情況為例，設(shè)高的載波信號(hào)為

2、應(yīng)用實(shí)例

2．1設(shè)備故障介紹及測(cè)試方案選擇

        圖1為某設(shè)備傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，最近發(fā)現(xiàn)在高速過(guò)程中齒輪箱的振動(dòng)較大，出現(xiàn)故障特征。為找到故障產(chǎn)生的原因，需要對(duì)存在故障的齒輪箱進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試研究。該齒輪箱內(nèi)齒輪為單向斜齒嚙合。加速度傳感器布置在輸入軸和輸出軸的軸承部位。測(cè)試傳感器共用了4個(gè)，1號(hào)測(cè)點(diǎn)為輸入軸水平徑向，2、3號(hào)測(cè)點(diǎn)為輸出軸水平徑向。4號(hào)測(cè)點(diǎn)為軸向。具體測(cè)試系統(tǒng)示意如圖2所示。

       為分析方便，需分別對(duì)齒輪箱各軸的轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2．2振動(dòng)故障信號(hào)分析

       從所測(cè)試的4個(gè)通道中，找出典型的特征時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析。4個(gè)通道中的加速度振動(dòng)信號(hào)具有故障特征的振動(dòng)信號(hào)是一軸測(cè)點(diǎn)一水平徑向所采集到的振動(dòng)信號(hào)，截取一段該段信號(hào)如圖3所示。圖3為可以看出齒輪箱存在很明顯的幅值調(diào)制現(xiàn)象。且每個(gè)波峰的間隔大約為0．46 s，即為21．74 Hz，因?yàn)橐惠S轉(zhuǎn)頻為22．05 Hz，故可認(rèn)為此即為一軸轉(zhuǎn)頻。

        為進(jìn)行更為準(zhǔn)確的判斷，對(duì)圖3信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得幅頻譜如圖4所示。圖4中，分別用標(biāo)號(hào)1、2、3和4標(biāo)出了4個(gè)特征點(diǎn)。由圖4可知圖上點(diǎn)3(3516，0．6739)所對(duì)應(yīng)的頻率為一軸上的特征頻率，在其兩邊有等距的轉(zhuǎn)頻邊帶產(chǎn)生，2(3494，0．1851)、3(3516，0．6739)、4(3538，0．1834)三點(diǎn)間距為22 Hz。按照齒輪箱故障調(diào)制理論，在齒輪軸具有偏心故障時(shí)，在某一特征頻率旁，通常會(huì)帶有轉(zhuǎn)速頻率的邊帶。

         綜合上述情況，判斷一軸上的齒輪存在偏心或軸存在偏心。故障應(yīng)具有不對(duì)中特征。

        按照檢查先易后難的原則，進(jìn)行故障部位判斷。先檢查電機(jī)軸上的碼盤(pán)裝配情況。檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)軸與碼盤(pán)間的花鍵聯(lián)結(jié)不好，工作時(shí)與花鍵軸聯(lián)結(jié)的碼盤(pán)相對(duì)電機(jī)軸存在偏心。將碼盤(pán)重新對(duì)中固定后，高速軋制時(shí)強(qiáng)烈的振動(dòng)消除，齒輪箱運(yùn)行工況正常。圖5為檢修后1測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖，為具有可比性，將圖4和圖5采用等高度的縱坐標(biāo)。圖5顯示齒輪箱故障消除后，特征頻率幅值大幅減小，邊帶消失，并且該特征頻率的頻率值也發(fā)生變化。