设备检测与故障诊断

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1、研究生课程考核试卷科目：设备状态监测与故障诊断教师:谢志江姓名：学号：专业:机械工程类别:学术型上课时间：2015年5月至2015年6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摘要1滚动轴承故障特征频率计算公式推导1.1滚动轴承运动学模型假设21.2不承受轴向力时滚动轴承特征频率31.3承受轴向力时轴承故障特征频率52齿轮啮合频率产生机理及故障产生原因62.1齿轮故障诊断的重要性62.2齿轮啮合频率分析62.3齿轮故障形式与产生原因92.3.1轮齿折断92.3.2轮齿磨损92.3.3齿面点蚀102.3.4齿面胶合112.3.5齿面塑

2、性变形11参考文献滚动轴承及齿轮故障诊断摘要：滚动轴承和齿轮是机械中常用的零部件，也是易损坏的零部件，所以，对滚动轴承和齿轮进行想要的故障诊断研究是十分必要的。本文对滚动轴承进行了运动学模型的建立，并推动出其特征频率方程；对齿轮的失效形式进行分析，并对啮合频率公式进行推导。关键字：滚动轴承，齿轮，故障诊断1滚动轴承故障特征频率计算公式推导滚动轴承是机械设备中使用量最多的零部件之一，也是最易损坏的零件。滚动轴承的工作状态非常复杂，转速从2至3000r/min,甚至更低或者更高；乐载方向有纯径向、纯轴向及混合方向等；运动形式有转动、摆动，在特殊场合还冇直线运动。这些因素都将影响故障

3、信号的测取方式。滚动轴承有着极其光滑、尺寸精密的滚道，因而早期故障的震动信号非常微弱，常常淹没在轴与齿轮的震动信号中。1.1滚动轴承运动学模型假设滚动轴承内部的运动学关系是比较复杂的，例如，滚动休绕口身轴线旋转,同时乂绕轴承轴线公转，在滚动的同时，滚动体沿滚道还有一定的滑动，还可能产生偏离其自身轴线的倾斜。因此，在分析滚动轴承内部的运动学关系时，为了使为题简单而建立运动学方程，便假设：(1)轴承零件为刚体，不考虑接触变形；(2)滚动体沿套圈滚道为纯滚动，滚动体表而和内、外圈滚道接触点的速度相同；(3)忽略径向游隙的影响；(4)不考虑润滑油膜的作用。由此建立径向滚动轴承的简单运动

4、关系模型，如图所示。图1-1滚动轴承的运动学模型1.2不承受轴向力时滚动轴承特征频率图为滚动轴承各元件之间运动关系示意图。为简单起见，设轴承外圈固定，内圈的旋转频率为/•,轴承节径为D,滚动体直径为d,接触角为a,滚动体个数为z；并假设滚动体与内外圈之间为纯滚动接触。根据儿何条件，可以求得儿个旋转频率和通过频率。由无受力变形的假设条件可得5=D门d、—(1+—cosa)2DD八d、rB=——(1cosa)2D1.内圈旋转频率将轴的转速N(r/min)转化为频率(HZ)即可，有£=2/602.保持架旋转频率/；.由于滚珠在滚道上作纯滚动，接触点A的速度与内圈的速度相等，即一1=2

5、71AOf{=27TX—(D-dcosa)fz=龙(D-dcosa)外圈固定，点b为速度瞬心，点q的速度I71=~^a=y(D-dcos6Z)f,.保持架的旋转频率等于一个滚珠轴心0旋转的频率，即等于切线速度匕除以tiD,即£=斗=Wx£(D_dcosq)f产£(1_£cosa)f;.兀L)兀D2ZD1.滚珠自转频率人滚珠和保持架分布绕q与o作反向旋转，根据刚体绕平行轴反向旋转合成定理，它们绕点q与o的旋转频率与两轴到憐心b的距离成反比：fhOBJD+dcosa)DJcos^z.—==(1+)=°B<丄dcosG"cos戊D2即rDZ1clcosaxrDZ1dcos©、lZ1d

6、*A=7^(l+—)z=7^(l+—)x?(l-?cos")z1D2dcosa2.保持架通过内圈频率人•尢等于内圈和保持架旋转频率之差，即fci=Z-/e=Z-

7、(l~cosa)f,.=l(l+f,.3.滚珠通过内圈频率九，厶,•等于轴承滚珠数z乘以人，即7dfm=zfd二外一万cosa)fj4.滚珠通过外圈频率九。厶。等于轴承滚珠数z乘以即z(1/bo=对C右(1一万COSG戊显然，根据上述轴承零件Z间滚动接触速度关系建立的运动方程，可以求得轴承接触激发的基频。当轴承零件有故障吋，其旋转频率或通过频率便会在振动屮出现。例如，当内滚道上有个缺陷时，由于此缺陷的存在，在内滚道和对

8、滚动体质心旋转一周的过程屮，将于每个滚动体各发生一次冲击碰撞，应在信号屮找到.焉；当外滚道上有一•个缺陷吋，由于此缺陷的存在，在外滚道相对滚动体质心旋转一周的过程中将于每个滚动体各发生一次冲击碰撞，故外圈滚道有故障应找到九小当滚动体上有且只有一个缺陷，由于缺陷的存在，滚动体每口转一周，将对内滚道各冲击一次，且随着缺陷的加重，冲击程度也越明显，I大I滚珠自转一次应通过内、外圈各一次，故滚珠故障频率九=2齐o由丁•轴承滚动激发基频的理论计算数值往往与实际测量数值完全一样，因而在故障诊断前需要计算