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振动信号处理（19）
平行轴齿轮传动比（定轴系）i=f2/f1=z1/z2 & & & f1:输入轴转频 & &f2：输出轴转频 & &z1：输入轴齿数 &z2：输出轴齿数
fm=f1*z1=f2*z2 & & & & & & & &fm：齿轮啮合频率
（齿轮啮合频率等于该齿轮的转频（转每秒或HZ）乘以它的齿数。相互啮合的两个齿轮的啮合频率是相等的）
eg：已知回转窑三级平行轴转速机，输入轴z1=30；二轴z2=67,z3=33；三轴z4=77,z5=20；输出轴z6=79；输入轴转速n1=1200rpm；
& & & & &求解：二轴转频f2、三轴转频f3、输出轴转频f4；速比i1、i2、i3；一级啮合频率fm1、二级啮合频率fm2、三级啮合频率fm3；
& & & & &解答：
& & & & & & & & & 输入轴转频f1=n1/60=20HZ&
& & & & & & & & & 一级啮合频率：fm1=f1*z1=20*30=600HZ
& & & & & & & & & 二级轴转频：f2=fm1/z2=600/67=8.9HZ
& & & & & & & & & 二级啮合频率：fm2=f2*z3=8.9*33 =293.7HZ & &
& & & & & & & & &三轴转频：f3=fm2/z4=293.7/77=3.8HZ &&
& & & & & & & & &三级啮合频率：fm3=f3*z5=3.8*20=76HZ
& & & & & & & & &输出轴转频：f4=fm3/z6=76/79=0.96HZ&
速比：i1=f2/f1=8.9/20=z1/z2=30/67=0.445 & & & & & & & i2=f3/f2=3.8/8.9=z3/z4=33/77=0.427 & & & & & & &i3=f4/f3=0.96/3.8=z5/z6=20/79=0.253
行星转动比i=f太阳轮/f行星架=（Z内齿圈+Z太阳轮）/Z太阳轮
f啮合=（f太阳轮-f行星架）*Z太阳轮=f行星架*Z内齿圈=f行星轮自转*Z行星轮齿数
eg：辊（gun）压机减速机中的行星包内齿圈Za=104；行星轮Zp=41；太阳轮Zs=22；内齿圈及太阳轮固定，行星架输入转速n=120rpm；
& &求解：太阳轮转频fs、行星轮自转转频fp；行星啮合fm；
解答：f啮合=（f太阳轮-f行星架）*Z太阳轮=f行星架*Z内齿圈=f行星轮自转*Z行星轮齿数
& & & & & fm=（fs-120/60）*22=120/60*104=fp*41
所以fm=208HZ
& & & & fs=11.45HZ
& & & & fp=5.1HZ
车间弗兰德减速机型号为：两级9号机，速比15.96
一级齿轴、齿轮齿数分别为：20和81齿
二级齿轴、齿轮齿数分别为：17和67齿
对应我司WH2SH190，附件是190装配图，轴承型号和装配图是按我司标准的，作为参考。
冲击周期时间：T=0.1=0.2353（S）
冲击出现的频率f=1/T=1/0.(HZ)
输入轴转速n=1002（转/分）
输入轴转频=n/60=.7(HZ)
二级轴承转速=(20/81)*(转/分)
二级轴承转速频率=247.4/60=4.12(HZ)
一二级之间齿轮啮合频率=齿数*转频=20*16.7=81*4.12=334HZ
旋转设备故障一般可分常见故障和特殊故障两种。常见故障又有不平衡故障（一倍转频）、对中故障（一、二、三倍转频）、润滑故障（频率较随机）、弯曲故障（一倍转频）、松动故障（一倍转频或者十几、二十几倍转频），常见故障的合适频宽一般设为30倍转频以上；特殊故障一般为两种：齿轮故障和轴承故障。齿轮箱的特殊故障为齿轮故障，它的特征频率为齿轮啮合频率（GMF），合适频宽一般为3.25*GMF；轴承故障频率SKF采用加速度包络技术进行分析，其合适频宽一般选为BPFI*5*转速，滚动轴承故障有四种：内圈（缺陷频率一般为0.6*转频*滚子数）、外圈（缺陷频率一般为保持架的缺陷频率*滚子数）、保持架（缺陷频率大约是0.4*转频左右）、滚动体（一倍转频）。
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转载：18篇齿轮故障的频谱特征——啮合频率及谐波
齿轮在工作的状态下发生故障的时候其频谱会发生特殊的改变，和正常状态相比，比较容易被发现，只要运用合适的检测仪器就能判断出齿轮的故障，及时进行维修更换以确保设备的正常运行。那么齿轮故障的时候频谱的变化特征有哪些呢？现在我们就来了解一下！根据目前的经验分析主要有以下四个方面：1.啮合频率及其谐波；2.信号的调制和边带分析；3.附加脉冲；4.隐含成分。
啮合频率及其谐波：
从齿轮在啮合过程中刚度的变化可知，啮合齿的刚度是随时间变化的，这种变化就会产生以啮合频率为主的振动——啮合振动。此外，传动误差、啮合冲击、节线冲击等问题也会使齿轮在啮合过程中发生啮合频率的振动。
齿轮啮合情况良好，产生的啮合频率及其谐波的幅值较低，当发生齿面磨损、负荷增大、齿轮径向间隙过大、齿轮游隙不适当等原因所引起的故障时，由于齿轮的啮合状况变坏，啮合频率的谐波成分幅值就会明显增大。当齿面磨损严重时，啮合频率的高次谐波增长比基波还快，因此可以从啮合频率及其谐波幅值的相对增长量上，反映出齿轮表面的磨损程度。
其他的几种方法我们将在后续的文章中继续讲述，请您关注：&或拨打：了解详情，北京时代龙城科技有限责任公司竭诚为您服务
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。《设备状态监测与故障诊断》课程作业
注：A代表轴向，V代表垂直方向，H代表水平方向 二、 系统机构组成及其功能介绍 2．1概述 风机在线监测与故障诊断系统硬件系统包括在线监测站、综合点检仪、振动加速度传感器、企业数据库服务器及通讯电缆等构成。生产系统共12台离心风机，风机型号：Y4―73―11 NO 21．5D，配套电机型号：Y500―1-6，电机功率：500kW。离心风机每4台1组，每2台风机共用l台在线监测站进行监测，总共需要6台在线监测站。根据机组现状及生产需求，总体结构图如图2所示。
《设备状态监测与故障诊断》课程作业
2．2系统主要硬件 (1)在线监测站 负责采集和调理现场传感器采集的信号，具备以太网、无线、485等通讯方式，能适应不同的工业现场，且系统具备u盘拷贝的功能。一个在线监测站可同时接入l6路振动量、8路工艺量,H2路转速量信号，可对设备振动信号进行4通道同步循环采集。振动兼容电压、电流两类信号，并可以提供24V@4mA的恒流源给ICP类型的加速度传感器。 (2)综合点检仪 基于WinCE嵌入式操作系统，集振动波形、频谱、红外测温、手抄表等功能于一体，体积小、重量轻，极易操作和使用，是专业点检人员的最佳检测工具。 (3)加速度传感器 加速度传感器是把被测设备的机械振动最(加速度)准确无误地接受下来，并将此机械最转换成电信号(电压)输出，实现机械能到电能的转换。根据传感器工作特性，垂直安装反应是最灵敏的，且一般选择离振源最近的位置，如轴承座进行安装。 3．2软件主要功能模块 (1)基础数据维护 基础数据维护用于设备管理相关的基本信息的初始化录入，它是设备管理的基础性工 12
《设备状态监测与故障诊断》课程作业
作，包括角色权限、数据字典设置、技术参数等。 1)角色权限：根据岗位分配不同的系统使用权限。 2)技术参数：用于各设备类别公共技术参数的设置和维护。 (2)工厂资源管理 工厂资源管理用于设备管理相关现场资源信息，包括备件材料、安装位置等。 1)备件材料：用于维护备件材料信息，如备件材料编码、名称、型号规格、计量单位、生产厂家、备件材料类别、使用设备、单位等基本信息。另外还可查看、维护备件的库存、技术参数等信息。 2)位置、对设备所属位置的维护，即设备所在的区域。用树的形式表示，位置的上下级关系直观明了 (3)状态管理 状态管理用于设备运行状态管理，包括采集定义组、特征参数组、点检计划、状态分析、在线监测等。 1)特征参数组：特征参数是对设备某种故障比较敏感的参数。本系统中采用特征参数组的方式来管理特征参数，以便多台设备能共用一个特征参数组。通过特征参数组，可监测不同特征参数的趋势变化，并可在每个特征参数上设置报警范围，一旦特征参数超出范围，系统将产生报警，提醒设备管理人员进行一些详细的分析，以最大限度减少人员的工作量。 2)状态分析：采集器采集的计划数据和临时数据回收、回收数据的查看和分析都在这里进行。数据分析中提供了时域波形、频谱分析、趋势分析、多参数趋势分析、频率趋势分析、自定义趋势分析、轴心轨迹、波特图、特征信息面板等分析功能，可对已采集的数据进行分析。为了方便分析诊断，这些图形可以单独显示，也可以根据需要进行组合，显示在同一个窗口。 3)在线监测：按照单位名称、设备重要等级、报警等级查询出所有满足查询条件的设备统计信息和设备状态，并可以直接转到状态分析下的报警测点下查看详细信息。 (4)统计查询：统计查询用于根据要求、条件查找设备运行相关信息，包括设备报警统计、点检计划违规情况、点检计划执行情况、分管设备统计等。 上传我的文档
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第八章 齿轮箱故障诊断　8.1 齿轮失效形式 齿轮的各种损伤发生概率：齿的断裂41%，齿面疲劳31%，齿面磨损10%，齿面划痕10%，其他故障如塑性变形、化学腐蚀、异物嵌入等8%。 图8－1 齿根部的应力集中 一．齿的断裂 　　 齿轮副在啮合传递运动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在对方轮齿上，最危险的情况是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根处产生过载荷断裂。即使不存在冲击过载的受力工况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。另外，淬火裂纹、磨削裂纹和严重磨损后齿厚过分减薄时在轮齿的任意部位都可能产生断裂。 　　轮齿的断裂是齿轮的最严重的故障，常因此造成设备停机。 二．齿面磨损或划痕
A）粘着磨损
在低速、重载、高温、齿面粗糙度差、供油不足或油粘度太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。润滑油的粘度高，有利于防止粘着磨损的发生。
B）磨粒磨损与划痕
含有杂质颗粒以及在开式齿轮传动中的外来砂粒或在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。一般齿顶、齿根问好摩擦较节圆部严重，这是因为齿轮啮合过程中节圆处为滚动接触，而齿顶、齿根为滑动接触。
C）腐蚀磨损
由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿面发生化学反应造成金属的腐蚀而导致齿面损伤。 D）烧伤
烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过分摩擦所产生的局部区域过热，这种温度升高足以引起变色和过时效，会使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白层。损伤的表面容易产生疲劳裂纹。
E）齿面胶合
大功率软齿面或高速重载的齿轮传动，当润滑条件不良时易产生齿面胶合（咬焊）破坏，即一齿面上的部分材料胶合到另一齿面上而在此齿面上留下坑穴，在后续的啮合传动中，这部分胶合上的多余材料很容易造成其他齿面的擦伤沟痕，形成恶性循环。 图8－2 齿面点蚀 三．齿面疲劳(点蚀、剥落) 　　所谓齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落。造成点蚀的原因，主要是由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效而连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。剥落与严重点蚀只有程度上的区别而无本质上的不同。 　 　　　实验表明，在闭式齿轮传动中， 　点蚀是最普遍的破坏形式。在开式齿 　轮传动中，由于润滑不够充分以及进 　入污物的可能性增多，磨粒磨损总是 　先于点蚀破坏。 四．齿面塑性变形
　　　软齿面齿轮传递载荷过大（或在大冲击载荷下）时，易产生齿面塑性变形。在齿面间过大的摩擦力作用下，齿面接触应力会超过材料的抗剪强度，齿面材料进入塑性状态，造成齿面金属的塑性流动，使
主动轮节圆附近齿面形成凹沟，
从动轮节圆附近齿面形成凸棱， 从而破坏了正确的齿形。有时可在某些类型的齿轮的从动齿面上出现“飞边”，严重时挤出的金属充满顶隙，引起剧烈振动，甚至发生断裂。 图8－3 齿轮副的运动学分析 8．2 齿轮的振动机理与信号特征 齿轮传动系统是一个弹性的机械系统，由于结构和运动关系的原因，存在着运动和力的非平稳性。图8-3是齿轮副的运动学分析示意图。图中O1是主动轮的轴心，O2是被动轮的轴心。 假定主动轮以ω1作匀角速度运动，A、B分别为两个啮合点，则有O1A& O1B，即A点的线速度VA大于B点的线速度VB。 而O2A&O2B，从理论上有ω2＝VB/O2B 　　　
、ω3＝VA/O2A ，则ω2&ω3。 齿轮啮合的特征频率——啮合频率 　从这个意义上说：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。也就是齿轮的特征频率，其计算公式如下： 　齿轮一阶啮合频率
fC0 ＝(n/60)*z
　啮合频率的高次谐波 fCi＝i×fCD
　 i=2、3、4、… n 　 其中：N——齿轮轴的转速（r/min）　 　　　　
z——齿轮的齿数 然而A、B又是被动轮的啮合点， 当齿轮副只有一个啮合点时，随着啮合点沿啮合线移动，被动轮的角速度存在波动； 当有两个啮合点时，因为只能有一个角速度，因而在啮合的轮齿上产生弹性变形，这个弹性变形力随啮合点的位置、轮齿的刚度以及啮合的进入和脱开而变化，是一个随时间变化的力FC（t）。 齿轮啮合的特征频率——边频带 由于传递的扭矩随着啮合而改变，该扭矩作用到转轴上，使转轴发生扭振。由于在转轴上存在键槽等非均布结构，使得轴的各向刚度不同，因此，刚度变
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