设备故障诊断课程作业

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1、研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：设备状态监测与故障诊断一教师：姓名：学号：专业：类别：上课时间：年月至年月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师（签名）重庆大学研究生院制目录1.推导滚动轴承故障的特征频率计算公式11.1滚动轴承故障概述11.2滚动轴承的固有频率21.3滚动轴承故障的特征频率计算公式及其推到过程3131不承受轴向力时的特征频率41.3.2承受轴向力时的特征频率52.齿轮啮合频率故障产生原因分析72.1齿轮啮合频率72.2齿轮啮合频率故障产生原因分析72.2.1负载和啮合刚度的周期性变化82.2.2节线处运动方向

2、和摩擦方向变化92.2.3节线冲击的周期性变化12设备状态监测与故障诊断1.推导滚动轴承故障的特征频率计算公式1.1滚动轴承故障概述旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障冇相当大比例与滚动轴承有关。滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约冇30%是因滚动轴承引起的。轴承由内环、外环、滚动体和保持架组成。滚动体类型有球、圆柱滚了、滚针、圆锥滚了和球面滚了等。滚动轴承在运转过程中可能会曲于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一

3、段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和濟损而不能正常工作。滚动轴承故障的基本形式主要有：1）疲劳剥落；滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷，又相对滚动。由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发牛剥落坑，最后发展到大片剥落，这种疲劳剥落现象造成运转吋的冲击载荷，使得振动和噪声加剧。图1.1.1轻微剥落和严重剥落示意图2）腐蚀；润滑油、水或空气水分引起表面锈蚀（化学腐蚀），轴承内部有较大的电流通过造成的电腐蚀，以及轴承套圈在座孔中或轴颈上微小相对运动造成的微振腐蚀。前后图1.1.2滚动轴承腐蚀示意图3）犁性变形；轴承因受到过大的冲击

4、载荷、静载荷、落入硬质异物等在滚道表面上形成凹痕或划痕。而一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表而的剥落。这样，载荷的累积作用或短时超载就冇可能引起轴承塑性变形。4）断裂；过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。磨削、热处理和装配不当都会引起残余应力，工作时热应力过大也会引起轴承零件断裂。5）磨损和锈蚀；由尘埃、异物的侵入或者润滑不良，轴承的游隙增大，表面粗糙度增加；轴承的运转精度降低，振动和噪声增大。若有水、酸或碱性物质的侵入，将会导致剥落，高精度轴承由于表而锈蚀导致精度丧失而不能正常工作。6）胶合；所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘附到另一个零件部件表

5、面上的现象。在润滑不良、高速重载情况下工作吋，曲于摩擦发热，轴承零件可以在极短吋间内达到很高的温度，导致表面烧伤及胶合。7）保持架损坏；由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加它与滚动体Z间的摩擦，茯至使某些滚动体卡死不能滚动，也冇可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。1.2滚动轴承的固有频率滚动轴承在工作时，滚动体与内环或外环之间可能产生冲击而引起轴承各元件的固有振动。各轴承元件的固有频率与轴承的外形、材料和质量有关与轴的转速无关。轴承元件的固有频率值，受安装状态的影响。一般情况下，滚动轴承的同冇频率通常可达到数十千赫。轴承圈在口由状态下径向弯曲振动的固有频

6、率（Hz）为:皿―1)坐2龙(D/2)2j/+]qph式中:轴承圈固有振动的节点术(共振阶数为k-),k=2,3,……E——弹性模量，钢材为2.1X104(kg/mm2)；I——轴承圈横截而的惯性矩(mm2)；p材料密度，钢材为7,87X10-6(kg/mm2)；A轴承圈截面积，A~bXh(mm2)D轴承圈横截面屮性轴直径(mm)g重力加速度，9800(mm/s2)钢球的固冇频率(1.2.2)式屮：R代表钢球半径，其余项的意义同上。图1.3.1滚动轴承简图1.3滚动轴承故障的特征频率计算公式及其推到过程如图3.1所示，滚动轴承的几何参数主要冇：轴承节径D：轴承滚

7、动体中心所在的圆的直径滚动体直径d：滚动体的平均直径内圈滚道半径n：内圈滚道的平均半径外圈滚道半径r2：外圈滚道的平均半径接触角a：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角滚动体个数乙滚珠或滚珠的数冃为分析轴承各部运动参数，先做如下假设：(1)滚道与滚动体之间无相对滑动。（2）每个滚道体直径相同，且均匀分布在内外滚道Z间。（3）承受径向、轴向载荷时各部分无变形。1.3.1不承受轴向力时的特征频率首先假设滚动体装入保持架后在内外滚道之间呈均匀分布，且同吋与内外滚道相接触，工作时无相对滑动。如图1.3.2给出了滚动（球）轴承不承受轴向力时的剖而结构图。如图1.3.2所示，

8、滚动体绕0