阶次跟踪分析法介绍.doc

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1、引言工程上在对故障信号进行分析时，最常采用的是传统的频谱分析法。这种方法对于稳定工况下测得的稳态信号具有较好的效果，能清晰地分辨出被测信号的频率成分，从而确定故障原因。但是对于旋转机械在某些工况下出现的故障状况，比如启动过程、停车过稈、加载过稈等，很难通过单纯某一时段信号的频谱分析找到确定的故障频率成分,甚至由于信号频率成分的不断变化，会产生明显的“频率模糊”现彖，使得关键频率成分难以识别。并且旋转机械运转时瓦旋转部件引起的故障所产生的振动和噪声表现出的特征和轴的转速有密切关系。阶次跟踪分析法正好可以补足其屮的不足，通过等角度采样方法归一化转频，避免

2、了转速变化带来的频率模糊

3、i.J题[1][2][3]o1阶次跟踪原理阶次跟踪分析法是近年发展起來的一种先进技术，其主旨在于通过信号处理算法将等时间间隔采样信号转化为等角度采样信号，即同步采样信号，保证在信号每一周期内都保持同样的采样点数。通常在信号分析时，如果只对转轴速度的谐波特征感兴趣（或更高的谐次，如齿轮啮合频率），那么采用阶次跟踪分析往往比单纯的频谱分析更具有优势。这种分析方法可以迫使谐波分量集屮在一条分析线上，通过控制模数（A/D）转换器的采样频率与转轴速度Z间的同步性来实现，图1说明了基本原理[4]。(b)•FDaURecords1dh:l

4、LTill,IIL.JL_i_训讣叮『s二NO.Frequency■aE

5、规的频谱分析方法已经很难识别备频率成分。图1(c)所示的采样信号是通过转轴每转采集固定的采样点来得到(例了屮每一转有8个采样点)，对此角域波形再进行类似时域的FFT变换，所得频谱既为淸晰的阶次谱。最示综合备转速下的阶次谱，并可得到相应的阶次■转速■幅值三维谱图，可以清晰地得到频率特征量随转速发生的变化。2应用实例2.1对彖对象为某船舶高速传动轴减速齿轮箱在开机启动转速上升过穆屮产生了非常强烈的振动，集屮在某一转速范围内，分析其产生故障的原因。2.2测量结果利用先进的LMSSCADA3和TESTLAB8B测试分析系统的转速跟踪模块对减速齿轮箱进行了转速

6、上升过程的振动加速度测量，同时测量了齿轮箱在各个转速下的工作模态。选取部分测点结果进行分析，其屮图2为齿轮箱顶端边缘测点测量结果，图3为齿轮箱顶端屮部测点测最结果。表2为备个工况下测得的齿轮箱丁•作模态。减速齿轮箱的减速比为4.57,齿轮箱各级啮合频率见表1。表1减速齿轮箱各级啮合频率输入转速I级小齿轮I级啮合频率(Hz)II级小齿轮转频(Hz)II级啮合输出转频(r/min)转频(Hz)频率(Hz)(Hz)410068273333976154500753000361071165000833333401190185400903600431286205

7、6009337334413332160001004000481429226500108433352154824表2减速齿轮箱齐个匸况下的匚作模态阶4100450050005400560060006500故f/minrminr.'minr/niinrminrininrmin1369.531285.261428.911542.031330.231467.171241.531500.421502.621665461800.691423.631507.061368.611565.451929.541905.082054.871601.461546.89142

8、3.261761.362146.722142.982233.282136.131854.381733.621957.152359.022313.061861.632655.002043.972152.31阶阶阶阶阶阶阶12345672.3故障分析当齿轮箱发生剧烈振动时，其振动信号的能量分布也会随Z变化，并最终反映到谱图上，如图2、图3所示。从图中可以明显看到，在65阶次的位置，振动能量非常集中，并且随着转速的上升，能量越来越大，与实际情况相符。从各工况下齿轮箱的工作模态测量结果可以看到，齿轮箱的工作模态在1200Hz〜2000HzZ间非常密集，而当转

9、速上升到5400r/min以示，齿轮II级啮合频率也正好在1200Hz〜2000HzZ间，激发了齿轮箱的共振