包络方法诊断齿轮箱故障

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1、包络方法诊断齿轮箱故障白士红孙斌(沈阳工业学院机械工程系)(沈阳工业学院材料系)摘要木文通过包络诊断方法在齿轮箱故障诊断屮的应用过程，编制了诊断程序，为齿轮箱故障诊断提供了有效的方法。关键词包络方法，故障诊断,齿轮箱，频谱分析屮图分类号:TB53文献标识码:A弓I言包络方法对于齿轮箱的故障诊断具有非常显著的优点，它是先对信号进行滤波,滤去干扰部分，并从中选择一高频固冇振动作为研究对彖，通过屮心频率等于该固有频率的带通滤波器把该固有振动分离出来。然后，通过包络检波器检波，去除高频衰减振动的频率成分，得到只包含故障特征信息的包络信号，对这一包络信号进行

2、频谱分析，便可容易地诊断出齿轮箱中齿轮、轴承和其他零件的故障。1包络法的基本原理包络诊断方法在齿轮箱故障诊断中的应用过程如图1所示。图1包络分析进行诊断原理图I常¥童创3编I包络法进行齿轮箱故障诊断也称Z为数共振解调，在共振解调屮，对时域因果性实信号为x(t),则其希尔伯特(Hilbert)变换为-x(t),x(t)对应的解析信号为g(t),g(t)的幅值A(t)为信号x(t)的包络。根据此原理，可提取齿轮箱高频振动屮的轮齿损伤和轴承损伤等信息。设时域因果实信号X(t),(x(t)=0,t<0)，根据希尔们特变换知：上两式为希尔伯特变换对，-x(

3、t)为x(t)的希尔伯特变换，于是得与x(t)相对应的解析信号g(t)og(t)=x(t)+j-x(t)(3)g(t)的幅值和相位表达式为：g(t)=A(t)ej4)(t)(4)其屮A(t)二[x2(t)+-x2(t)]l/2(5)<1>(t)=arctg-x(t)x(t)(6)幅值A(t)便是信号x(t)的包络。2包络处理过程首先确定频带域，对齿轮和滚动轴承的不同故障应适当选取频带域，然后对时域波形进行包络处理，并进行频谱分析。对齿轮诊断采用包络分析是主要分析齿轮啮合调幅效应。选取全通频带，一般包络谱的频构I•分复杂,但当把着眼点放在齿轮啮合频率

4、处的幅值调制现象时，则将带通滤波频带选在啮合频率附近的某一频带内，齿轮的转速频率在包络谱上就可突出显示出来，可判别故障、简化分析难度。依此即可将复杂的综合问题转化为多个简单的单个问题，逐个分析。包络分析包括时威包络分析和频域分析。时域包络:在数拯处理中，有时需要对数字信号进行包络检波处理，也称为解调处理。解调原理口J以通过希尔伯特变换实现，如图2所示。fl丿图2数字解调的关键是进行Hilbert变换,对离散信号｛xi｝进行FFT变换可以得到｛Xi｝,移相90°再进行逆FFT(IFFT)变换即得到｛Ai)o利用频域分析诊断可用图3来表示。图3频率包络

5、分析诊新流程图对一复朵的信号包络后，可以将非周期性的随机振动改造为类周期信号，所以在频域分析中可以较明显地反映出故障的特征，对故障分析非常实用。时域信号图和包络图见图4、图5。3崔宁博编译•设备诊断技术•天津：南开大学出版社，19884朱孝录等•齿轮的试验技术与设备.北京:机械工业出版社，19885梅志坚等.信号功率谱特征变化的时域快速诊断.武汉:华中理工大学学报，198&16(3)6杨霞菊，佟德纯.设备故障诊断技术讲座.振动与冲击,1994(4)7丁康，王延春•传动箱齿轮和轴故障的振动诊断方法的研究.振动与冲击,1994(2)Diagnosiso

6、fGear-BoxFaultby图5时域包络图UsingEnvelopeotherpartsingear-box.BAIShi-hongSUNBinABSTRACTBasedontheapplicationofenvelopediagnosingmethodtothefaultsofgear-box,thediagnosticProgramiscomposedinthispapertoprovideaneffectivemethodfordiagnosingthefaultsof.bearingandKEYWORDSenvelopemethod,f

7、aultdiagnosis,gear-box,spectrumanalysis3结论包络分析也称共振解调。它是对滚动轴承故障诊断的非常有效的方法，对齿轮诊断也很冇效。我们根据包络解调原理编制了用于诊断的程序，这为齿轮箱故障的诊断捉供了冇效的方法。参考文献1屈梁生，何正嘉编著•机械故障诊断学•上海:上海科学技术出版社，19862吴今培•模糊诊断理论及其应用.北京:科学出版社,1995