电梯曳引机减速箱振源分析及故障诊断

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1、南京建筑工程学院学报1999年JournalofNanjingArchitecturaland第3期CivilEngineeringInstituteSumNo．50电梯曳引机减速箱振源分析及故障诊断④霪孙后环”袁兆辉q-纠，I』·6](1)南京建筑工程学院城建系，南京，210009；2)江苏石油化工学院机械系，常州，213016；第一作者34岁，男，讲师)摘要电梯曳引机减速箱的振动、噪音和故障与使用维修保养不善有很大的关系．本文矾曳引机的各组成要素：蜗扦蜗轮、滚动轴承和电机等几个方面对电梯曳引机减速箱的振动和故障机理进行了一定的探讨。关键词电捌曳引机减速箱{振动

2、振源分析调制；故障诊断申圉号TU85、7振动和噪声是衡量电梯曳引机产品质量的重要指标，也是电梯曳引机运行过程中出现故障时的主要现象。振动不仅会使曳引机产生疲劳破坏，而且伴随振动过程还会损耗能量，降低性能，甚至造成严重事故因此，了解电梯曳引机产生振动和噪声的原因，对于提高电梯曳引机的产品质量和在使用过程中及时发现并消除故障是非常必要的。下面分别对曳引机的各组成要素：蜗杆蜗轮、滚动轴承、电机及风机等进行讨论。1蜗杆副振动分析与故障诊断1．1蜗杆副动力学分析蜗杆蜗轮具有质量，轮齿的弹性可看作弹簧，所以若以一对轮齿为研究对象，则该对轮齿可以看作是一个振动系统，如图1。其振

3、动方程为M主+c主+“)['r—“)]一(了12一丁1)／r2(1)式中——沿作用线上轮齿的相对位移；^(￡)——蜗杆副啮合刚度}c——蜗杆副啮合阻尼；了1、了1——分别作用于蜗杆和蜗轮上的扭矩；r——蜗轮的节园半径；——蜗杆副的传动比；(￡)——由于轮齿变形和误差以及故障等原因造成的两个轮齿在啮合线方向上的相对位移；——换算质量，M=，其中和m分别为蜗杆和蜗轮的质量在润滑条件良好的条件下，齿面摩擦系数可以认为是常数，则收稿日期：1998—10-28第3期孙后环等：电梯曳弓『机减速箱振溽分析及故障诊断(2一汀)／r2一C(2)上式中C为常数。将(￡)分解为两部分，

4、即e“)一+2(f)(3)式中e——轮齿受载后的平均静弹性变形；(f)——轮齿误差和故障造成的两个轮齿间的相对位移，也可称之为故障函数。式(1)可转化为+c+矗()一点()l+点0)()+C(4)由式(4)可知，蜗杆副的振动为自激振动。该式的左端代表蜗杆副本身的振动特征，右端为激振函数图l蜗杆副动力学模型由激振函数可以看出，轮齿的振动来源于三部分：第一部分^()为常规振动，是由正常的交变载荷引起的，与轮齿的误差和故障无关；第二部分k(￡)(￡)取决于蜗杆副的综合刚度和故障函数，由这一部分可以较好地解释蜗杆副振动信号中边频的存在以及它们和故障的关系；最后一部分为常数

5、，它表示蜗杆和蜗轮齿面摩擦力对轮齿啮合振动的影响从一个轮齿进入啮合到下一个轮齿进入啮合，蜗杆副的啮合刚度k()就变化一次，图2为其刚度变化曲线。设蜗杆转速为”，齿数为，蜗轮转速为”．齿数为。，则蜗杆副啮合刚度k(￡)的变化频率(即啮合频率)为_厂一if】一!f2一lnl／60=2啦／60(5)1．2幅值调制和频率调制1．2．1幅值调制调幅现象是由于轮齿误差或故障等原因造成的齿面载荷波动对振动幅值的影响造成的，式(4)中k()醢)项恰好反应了由故障产生的幅值调制。图2蜗杆副啮合刚度变化曲线令()一k()P2(f)(6)式(6)中．^()为载波信号，它包含蜗杆副啮合频

6、率及其倍频成分(￡)为调幅信号，它包含故障所在轴的旋转频率及其倍频成分，反应轮齿的误差和故障情况以及其他零部件故障引起的蜗杆传动误差情况。对()作频谱分析，则由信号时域相乘，频域卷积的原理一，在频谱图上形成若干组围绕啮合频率及其高次谐波两侧，间隔为转频及其高次谐频的边频带．如图3所示。式(6)在频域中表示为Y(_厂)一(／)E：(／)(7)上式中，y(_厂)、K(_厂)、E(_厂)分别为(￡)、^(f)和(￡)的频谱，*号代表卷积。为使调制波的包洛线不失真地描述被测信号，必须使载波频率远大于被测信号频率，一般南京建筑工程学院学报f山}L．qf．f．山山(b)频域，

7、，一㈣．G()=Er坠=肼(等)(9)第3期孙后环等：电梯曳弓【机减速箱振源分析及故障诊断67(b))。而且，轮齿上的缺陷分布越宽，频谱图上的边频带就越陡峭，故障也就越容易识别。1．2．2频率调制前面讨论的调幅现象是在假定蜗杆蜗轮+的转速恒定而且齿距完全均等的前提下得到的。如果这两个条件有一个不能满足，啮合频率就会发生频率调制。事实上，齿面载荷的波．动必然会造成扭矩的波动，从而导致角速度，的变化，即产生频率调制。由于轮齿上调幅调(a)局部缺陷频两种现象事实上不可分割，其结果是在频谱图上得到一个综合调幅和调频的边频带，而且该边频带通常是不对称的。1．3附加脉冲分析不

8、论是调幅还