设备检测_王伟_谢志江.doc

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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教师：谢志江（教授）姓名：王伟学号：20110702095专业：机械电子类别：（学术、专业）上课时间：2012年4月至2012年7月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：第一章、齿轮产生啮合频率的机理和齿轮故障诊断的方法1.1激起齿轮振动的部分原因41.1.1刚度激励41.1.2啮合冲击41.1.3节线冲击41.2齿轮故障诊断的方法51.2.1常见的齿轮故障形式61.2.2齿轮的振动特征61.2.3齿轮故障诊断的常

2、用方法61.2.3.1细化谱分析法61.2.3.2倒频谱分析法71.2.3.3边频带分析法8第二章、滚动轴承故障分析2.1.滚动轴承无故障特征频率92.2.滚动轴承有故障特征频率10第三章、风电机齿轮箱状态监测与故障诊断系统分析3.1.1知识库结构113.1.2推理机的结构123.1.3风电机齿轮箱的结构知识确定133.2风电机齿轮箱信号特征值153.2.1风电机齿轮箱监测特征值的选定153.2.2风电机齿轮箱故障特征值的选定183.3专家启发知识的确定223.3.1监测特征值阑值的确定223.3

3、.2标准故障样本的确定253.4风机的齿轮箱监测与诊断硬件系统的设计3.4.1风电机齿轮箱故障诊断专家系统的需求分析313.4.2风电机齿轮箱故障诊断专家系统的硬件设计31第一章、齿轮产生啮合频率的机理和齿轮故障诊断的方法1、齿轮产生啮合频率的机理啮合频率是对一对啮合齿轮而言的，对单个齿轮是无意义的。齿轮传动的特点是，啮合过程中啮合点的位置和参与啮合的齿数都是周期性变化的，这就造成了齿轮轮齿的受力和刚度成周期性变化，由此而引起的振动必然含有周期性成分。显然，齿轮的啮合冲击，节线冲击，啮合刚度的变化

4、是周期性的，而这个周期性变化的频率，就是转速频率f与齿数Z的乘积(每秒的变化圈数由转速频率定，每圈的变化次数由齿数定，乘积就是每秒的变化次数)，也就是啮合频率，即式中，--齿轮的转速频率；Z--齿轮的齿数；n—齿轮转速。对于没有缺陷的正常齿轮，刚度的周期性变化、啮合冲击及接线冲击是其振动的主要激励。1.1激起齿轮振动的部分原因1.1.1刚度激励齿轮的啮合刚度是指整个啮合接触区中参与啮合的各对轮齿的综合刚度。单对轮齿的等效刚度为式中、——主动轮和被动轮的单齿刚度刚度的变化主要有两个方面：一是在齿高方

5、向随着啮合位置的变化，参与啮合的单一轮齿的刚度发生了变化；二是参加啮合的齿数随时间作周期性变化。例如对于重合度在1到2之间的渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧单部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理，单齿啮合时啮合刚度较小。从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次。啮合刚度的变化频率与齿轮的啮合频率相等，说明啮合刚度的变化是啮合频率产生机理之一。1.1.2啮合冲击齿轮在啮合过程中，

6、由于轮齿承载产生弹性变形，使得轮齿进入啮合点和退出啮合点与理论值发生偏差，因而在进入啮合和退出啮合时均会发生啮合冲击，啮合冲击的频率与啮合频率相等。说明啮合冲击也是啮合频率产生机理之一。1.1.3节线冲击齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动又有相对滑动。对于主动轮，啮合点从齿根移向齿顶，啮合半径逐渐增大，速度增高，而从动轮则恰好相反。主动轮和从动轮在啮合点上的速度差异形成了两者之间的滑动。在齿根部分，主动轮上啮合点的速度小于从动轮，因此滑动方向向下；而在齿顶部分，主动轮上啮合点的速度大于从动轮，

7、因此滑动方向向上；在节线处，两轮上啮合点的速度相等，相对滑动速度为零。因此摩擦力在接线处改变了方向，形成了节线冲击。有节线冲击的形成原理可知，节线冲击的频率也与啮合频率相等。说明节线冲击也是啮合频率产生机理之一。1.2、齿轮故障诊断的方法齿轮及齿轮箱在机械设备中是一种非常关键的零部件，这种零部件非常通用，齿轮及齿轮箱主要是起链接和传递动力的作用。齿轮在工作过程中,齿轮、轴承和轴都会产生振动信号,当振动信号产生了不同形式的变化时，则预示着零件可能发生了故障。振动信号一般都会携带运行状态信息，利用这些

8、运行状态信息进行故障模式的识别是机械故障诊断中常用的方法。而这些方法中所用到的信号处理的主要数学工具有傅立叶变换、小波变换、相关分析等。随着工程应用和科学研究的不断提高,所涉及到的监测诊断问题日趋复杂和困难。1.2.1.常见的齿轮故障形式通常齿轮在运转时,由于操作维护不善或制造不良会产生各种形式的故障。而故障形式又随运转状态、热处理、齿轮材料等因素的不同而不同,常见的齿轮故障形式有齿面接触疲劳和弯曲疲劳与断齿、齿面胶合和擦伤、齿面磨损等。1.2.2齿轮的振动特征在齿轮运转的状态下,