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        齒輪的振動測量與簡易診斷

        發布時間:2019-11-13 12:33    作者:機械之力   

        一、齒輪的振動測量
            齒輪振動的頻帶很寬,而且低頻和高頻振動中均包含有診斷各種異常振動非常有用的信息,因此對齒輪振動的測量要求比一般機械的振動測量要高。在對齒輪振動進行測量時,應重點注意如下幾個問題:
            1.測點選擇
            實際進行齒輪振動測量時,傳感器的安裝位置(測點)不同,所得到的測定值會有較大的差異。因此,最好的辦法是對各測點做出標記,以保證每次測定的部位不變。另外,還應注意測定部位的表面應是光滑潔凈的,避免臟物對振動傳遞造成衰減。
            齒輪發生的異常是各種各樣的,發生最大振動的方向也各不相同,因此一般應盡可能地沿水平、垂直和軸向三個方向進行測定。
            2.測量參數
            齒輪發生的振動中,包含有固有頻率、齒輪軸的旋轉頻率及輪齒嚙合頻率等成分,其頻帶較寬。對這種寬帶頻率成分的振動進行監測與診斷時,一般情況下應將所測的振動按頻帶分級,然后根據不同的頻率范圍選擇相應的測量參數。
            前面已經介紹過,對于低頻段進行測量時,一般選用位移傳感器和振動位移參數;對于中頻段進行測量時,一般選用速度型傳感器和振動速度單位;對于高頻段進行測量時,一般實際測量中,在同一測點位安裝兩種或兩種以上傳感器是不利的,通常在進行振動測定時選用加速度傳感器,再通過積分電路轉換或所需的測量參數。
            3.傳感器的安裝方法
            加速度傳感器可測定頻率范圍較寬的振動,它最終能測定的范圍取決于安裝方法。關于加速度傳感器的安裝方法,參見相關資料。
            4.測定周期
            定期測定是為了能夠發現處于初期狀態的異常,所以需要對齒輪的檢測規定合適的周期。周期太長,不利于及時發現問題;周期太短,浪費人力物力,很不經濟。比較好的辦法是在設備正常時保持一定的周期,而在振動增大,達到“注意”范圍內時,縮短監測周期。
        二、齒輪的簡易診斷方法
            進行簡易診斷的目的是迅速判斷齒輪是否處于正常工作狀態,對處于異常工作狀態的齒輪進一步進行精密診斷分析或采取其他措施。當然,在許多情況下,根據對振動的簡單分析,也可診斷出一些明顯的故障。
            齒輪的簡易診斷包括噪聲診斷法、振平診斷法以及沖擊脈沖(SPM)診斷法等,最常用的是振平診斷法。
            振平診斷法是利用齒輪的振動強度來判別齒輪是否處于正常工作狀態的診斷方法。根據判定指標和標準不同,又可以分為絕對值判定法和相對值判定法。
            1.絕對值判定法
            絕對值判定法是利用在齒輪箱上同一測點部位測得的振幅值直接作為評價運行狀態的指標。
            用絕對值判定法進行齒輪狀態識別,必須根據不同的齒輪箱,不同的使用要求制定相應的判定標準。
            制定齒輪絕對值判定標準的主要依據如下:
            (1)對異常振動現象的理論研究;
            (2)根據實驗對振動現象所做的分析;
            (3)對測得數據的統計評價;
            (4)參考國內外的有關標準。
            實際上,并不存在可適用于一切齒輪的絕對值判定標準,當齒輪的大小、類型等不同時,其判定標準自然也就不同。
            按一個測定參數對寬帶的振動做出判斷時,標準值一定要依頻率而改變。頻率在1kHz以下,振動按速度來判定;頻率在1kHz以上,振動按加速度來判定。實際的標準還要根據具體情況而定。
            2.相時值判定法
            在實際應用中,對于尚未制定出絕對值判定標準的齒輪,可以充分利用現場測量的數據進行統計平均,制定適當的相對判定標準,采用這種標準進行判定稱為相對值判定法。
            相對判定標準要求將在齒輪箱同一部位測點在不同時刻測得的振幅與正常狀態下的振幅相比較,當測量值和正常值相比達到一定程度時,判定為某一狀態。比如,相對值判定標準規定實際值達到正常值的1.6~2倍時要引起注意,達到2.56~4倍時則表示危險等。至于具體使用時是按照1.6倍進行分級還是按照2倍進行分級,則視齒輪箱的使用要求而定,比較粗糙的設備(例如礦山機械)一般使用倍數較高的分級。
            實際中,為了達到最佳效果,可以同時采用上述兩種方法,以便對比比較,全面評價。
        三、測定參數法進行齒輪的簡易診斷
            衡量設備振動值大小最直接的方法是計算振動速度或加速度信號的均方根值,它能反映出設備的振動水平。
            前面已經介紹,平均值和均方根值分別為:

        平均值(1-1)    

         均方根值(1-2)
            為了便于診斷,常用無量綱參數作為診斷標準,其特點是對故障信息敏感,而對信號的幅值大小不敏感。前面已經介紹的無量綱參數在齒輪故障診斷中常用的有:
        波形指標                            (1-3)
            峭度指標 (1-4)
            脈中指標                         (1-5)
            峰值指標                        (1-6)
            裕度指標                         (1-7)
            式中,Xmax為峰值,X r為方根幅值。
            上述診斷參數分別適用于不同的情況,沒有絕對優劣之分。
            表1-1為一個用無量綱參數診斷齒輪故障的實例,新齒輪經過運行產生了疲勞剝落故障,振動信號中有明顯的沖擊脈沖,除波形參數外,各參數指標均有明顯上升。

        表1-1   齒輪振動信號無f綱參數診斷實例

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