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《某型船用传动齿轮箱振动模态的试验与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、作者：海军工程大学王基吴新跃朱石坚摘要：某多输入双级传动齿轮箱是舰船振动与噪声的主要根源之一。文中在建立齿轮箱的试验模型后,采用固定锤击点改变测量点法采集各点的冲击数据和响应数据,在对同类型两部齿轮箱的模态试验的结果分析的基础上,通过对比找到了其中一部齿轮箱振动噪声增大的原因,经过对该齿轮箱的开箱测检结果表明,其分析结论是正确的。对该型舰船齿轮箱的故障诊断、提高其可靠性和维修性,具有重要的指导意义。关键词：齿轮箱;振动;噪声;模态试验舰船齿轮箱不仅要求传递功率大、体积小、重量轻,还要求其振动小、噪声低[1],齿轮箱能否正常工作会影响整个系统
2、的工作特性,齿轮箱本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生舰船辐射噪声的主要根源,继而直接影响舰船的战斗力。某型舰船的多输入双级传动齿轮箱存在着较大的振动和噪声,表现为振动量级超大和有啸叫声,这一现象在其它同型齿轮箱中少见,通过对该型舰船齿轮箱箱体的模态对比测试,测试结果发现了某型舰船齿轮箱产生噪声振动的故障原因,并采取了相应的措施,排除了故障。1齿轮箱的振动信号分析从故障齿轮箱中录取信号,经数字信号分析,从中提取故障信息,是机器设备状态监测和故障诊断的有效方法[2,3]。振动信号的结构成分反映齿轮箱的振动特征及故障性质。为此,通过对同
3、型的两座齿轮箱的振动信号的拾取及分析对比,查找齿轮箱的主要故障源及其传递途径。在齿轮箱上共布置了六个测点,测点布置在齿轮箱体罩壳轴承测温计的凸台上,测点如图1所示。图1齿轮箱测点布置同时,还用声级计测试空气噪声,并分析其频谱,比较其与箱体振动的相关性。主要测试仪器有:Kistler8702250加速度传感器、Kistler5124A放大器、TEACTD2135T数据记录仪、HP25670动态信号分析仪和QUESTMODEL1800声级计。从齿轮箱的振动频谱图分析,其振动频谱的主频率为二级齿轮副的啮合频率及其倍频。而空气噪声频谱的主频率与振动
4、频谱的主频率一致,也是二级齿轮副的啮合频率。由此可以断定齿轮箱的异常齿轮箱的异常噪声来源于齿轮机组的异常振动。从故障齿轮箱的加速度振动幅值(见图2)和正常齿轮箱的加速度振动幅值(见图3)比较来看,故障齿轮箱上的23#轴承处振动强烈和噪声较大,该轴承为齿轮箱的主监控测点。齿轮箱振动的原因可能是在齿轮啮合传动中,当齿轮、轴承存在集中缺陷、分布缺陷或齿轮所在轴弯曲时,将产生转频调制啮合频率的现象。如果轴严重弯曲或者齿轮或轴承严重故障而导致振动能量异常大时,齿轮啮合传动中的异常振动会激励起传动箱体的固有频率。另外,齿轮箱体本身的振动以及由轴系传来的
5、齿轮的振动都是产生辐射噪声的主要根源,有必要对齿轮箱进行模态试验与分析。图2故障齿轮箱振动加速度图3正常齿轮箱振动加速度2模态试验的理论模型由于振动监测分析法具有诊断速度快、准确率高和能够实现在线诊断等特点,所以它是对齿轮箱进行故障诊断最有效、最常用的方法之一。其中应用模态试验分析方法是进行故障诊断和状态监测的一种重要途径。通常当结构发生故障时,如出现裂纹、松动、零部件损坏等情况,结构物理参数将发生变化,其特征参数(固有频率、模态阻尼、振型、频响函数等)随之发生改变。根据这些参数的变化情况,可以判断出故障的类型,有时还可以判断出故障的位置。
6、齿轮箱零件失效的统计表明,齿轮和轴承失效的比重最大,分别为60%和19%[4]。对齿轮箱进行模态分析并利用模态参数等结果进行故障判别,已日益成为一种有效的故障诊断和安全检测方法。齿轮箱体的振动可假设为一个具有n个自由度的线性时不变系统运动,其振动微分方程为[5]:式中:M,C,K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵;X,F分别为系统各点的位移响应向量及激振力向量。对式(1)两边进行拉氏变换,对线性时不变系统,其极点在复平面左半平面,上述过程将完全是傅氏变换过程,得到的传递函数为频响函数,即X(ω)=H(ω)F(ω)(2)对于单输入,当在p点激振
7、,l点测量响应,位移频响函数为:从理论上讲,频响函数矩阵的任一行或任一列都包含了系统模态参数的全部信息,所差的只是一个常数因子。因此,为了识别模态,只要测量频响函数矩阵的一行或一列即可。实际测试中,由功率谱密度来求系统的频率响应函数具有更普遍的实用意义,表达式为:H(ω)=Gfx(ω)/Gff(ω)(4)式中:Gfx(ω)为输入输出互功率谱密度;Gff(ω)为输入输出自功率谱密度。上式采用了互谱分析技术,当多次平均后,可极大地减小噪声。由于估计频响函数时用的是最小二乘近似法,因而可以定义相应的相干函数,它是最小二乘误差的量度,其定义为:式中
8、:Gxx为响应的自谱。相干函数γ2表示频域中响应与力之间线性相关的程度(或相关系数),它在0～1之间变化,相干函数越接近于1,表明两个相比较信号(例如输入与输出)之间经全部平均后
