齿轮与滚动轴承故障的振动诊断

原永玖，车军剑，杨孟想，金欢吉林大学

齿轮与滚动轴承故障的振动诊断

原永玖，车军剑，杨孟想，金欢
吉林大学

振动分析在齿轮与滚动轴承的诊断中应用非常广泛。本文首先分析了齿轮和滚动轴承故障诊断的重要意义，然后阐述了齿轮和滚动轴承故障诊断的特点，分析了齿轮与滚动轴承故障的振动诊断传统方法的局限性，为克服传统方法的诊断局限性，提出了可利用时延相关整流解调法对齿轮与滚动轴承故障进行振动诊断。

齿轮；滚动轴承；振动；诊断

一、齿轮和滚动轴承故障诊断的意义

关于减速器以及滚动轴承，在设计、结构、材质以及制作这四个方面已经达到了规范化的程度,但是这些依然无法避免类似磨损、剥落、裂纹等常见问题的发生。尤其是航空发动机,它的减速器和滚动轴承是重要部件,也是常有问题发生的部位。若是减速器和滚动轴承发生问题，那么将会影响到整个发动机甚至整个飞机的安全问题。所以，要加强对减速器和滚动轴承容易发生问题的部位的检查，这是对航空发动机问题诊断和监督工作中最重要的环节,有着非常重要的意义。而且减速器和滚动轴承产生问题的种类非常多,发动机结构也比较复杂，测试条件也有局限,导致对其问题的诊断非常困难，因此需要研究出有效的方法。

要想使其能够正常运行,企业每期会花费很多的检修费用，这在所有费用中占有非常大的比重。所以，要想使设备维修更科学和完善,就要对维修设备的质量、问题情况、问题出现的部位以及原因进行详细的了解。对保证生产、节省时间、延长设备使用期限以及设备的维修,有着非常重要的现实意义。

二、齿轮和滚动轴承故障诊断的特点

针对大型旋转机械，比如鼓风机、压缩机等,这些设备出厂后，它们的内部都会安装传感器,以及对应的监控系统，以此来监测设备的运行状态，但是，人们却忽视了重要的一点，那就是对齿轮和滚动轴承状态的监督和对其问题的诊断。齿轮和滚动轴承这些部件是大型旋转机械的重要部件,在进行运行监督和问题诊断的同时也要使其正常运转。所以,一般情况下，在减速器和轴承上，人们采用加速度传感器来获取振动加速度信号,这种测试方法的缺点是会使信号的传播路线很复杂,而且在齿轮箱壳上测出来的信号会参杂着其他的信号，比如齿轮和滚动轴承的信号。现在有一些比较有效的测量方法,包括通过测量转轴的扭振信号找出问题处理的方法，但这操作起来有点偏离实际。

针对大型旋转机械来说，对于它的振动监测测出的信号大部分处在低频、转频以及倍频部位,因此使用位移和速度传感器就可以完成,对于齿轮箱和滚动轴承,因为监测对象的特征,振动信号大部分处在中高频部位,所以需要使用振动加速度传感器来进行测试。而且齿轮箱和滚动轴承的测量方法有条件限制，设备自身的信号是高频信号,使用的传感器为加速度传感器,存在很多噪音,所以应该及时采取有效的除噪措施。

齿轮的部分位置出现问题时，会对在机器运转过程中的系统造成一定的影响,这种影响使系统产生周期性振动,所以在振动信号中会有一定的冲击力减弱波形。对于滚动轴承,因为其结构非常独特,轴承元件存在缺陷进而出现的冲击会影响到转动频率的调整,所以滚动轴承的振动信号中具备自我调整的特点。

三、齿轮与滚动轴承故障振动诊断的方法探究

（一）传统故障诊断方法

时域分析法主要应用在振动信号的降噪上。这种方法运用在齿轮箱的问题诊断上,可以通过总振动信号找出啮合齿轮的振动信号,把其余的振动信号和产生的噪声一并消除,提高信号的信噪比。因为滚动轴承的内环和外环出现损坏的情况下，它的振动信号产生的问题频率和轴的转动频率是不一样的,所以，时域同步平均法可以把齿轮箱中齿轮损坏产生的振动问题和轴承损坏产生的振动问题严格的分开。若是想获得另外一对啮合齿轮的振动信号,那么只要保证脉冲的频率与啮合齿轮轴的转动速度相同就可以。

关于频谱分析法，它是一种进行快速傅里叶变换的方法。它能够把信号从时域转换到频域,从而得到振动信号的能量以及功率的频谱,包括功率谱、幅值谱、等等，运用数谱的方式将其表现。功率谱是信号频率的一部分,而幅值谱则是幅值的线性分布,数谱可以把次要的频率表现出来。因此在设备问题分析的过程中,寻找振动源头,找出问题发生的原因,找出问题发生的位置、种类等各个方面都有着非常大的用途。

（二）时延相关整流解调法

传统问题分析方法是分析齿轮和滚动轴承问题产生原因的主要方法，在实际中，测量信号时，出现的噪声会影响到振动信号的自我调制,导其致解调效果很不好,因此需要使用一种叫做时延相关解调的方法对齿轮和滚动轴承出现的问题进行分析。

时延相关整流解调法就是针对测量到的信号实施自相关计算,以此来减少噪声,接下来把自相关信号时延处理,达到二次降噪的目的，再对之后的自相关信号进行计算，并取其绝对值,最后一步是对整流后的信号采取傅立叶变换的方式,这样解调效果会上升到另一个高度。

针对齿轮崩齿的问题,时延相关整流解调法可以很好的减少噪声带来的冲击，显示出问题的特征所在。关于齿轮崩齿、滚动轴承的内环点蚀和外环划痕这些问题,运用直接整流解调法能够快速的找出问题的所在以及发生的部位，但是与上一种方法相比,时延相关整流解调法有着受噪声冲击较小的优点,还可以显示问题信息的频率,使得问题分析更加透彻。关于滚动轴承的滚珠划痕问题，支撑架断裂问题的解决，虽然直接整流解调法不能对此进行系统的分析，并辨别问题的类型，但是时延相关整流解调法却可以做到这些，而且非常有效。

四、结语

齿轮与滚动轴承故障的振动诊断传统方法有很多不足和局限的地方，为避免和克服这些不足和局限，本文通过对齿轮与滚动轴承故障的振动诊断的特点及相关理论进行分析，提出了可利用时延相关整流解调法对齿轮与滚动轴承故障进行振动诊断。时延相关整流解调法成功解决了传统诊断方法的不足和局限，能对齿轮与滚动轴承的故障进行有效振动诊断，方法简单可行。

[1]陈刚.齿轮和滚动轴承故障的振动诊断[D].西北工业大学2007

[2]陈鹏.基于神经网络的滚动轴承故障诊断方法研究与应用[D].四川大学2006

车军剑，吉林大学，农业机械化及其自动化，包装工程专业。

杨孟想，吉林大学，农业机械化及其自动化，包装工程专业。

金欢，吉林大学，农业机械化及其自动化，包装工程专业。

原永玖（1994-），男，汉族，山东荣成人，吉林大学，本科，包装工程专业。