雙環(huán)減速機(jī)故障特征故障模式及專(zhuān)家領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)
5.1 引言
雙環(huán)減速機(jī)是一種新型齒輪裝置，從目前的理論分析、試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用都證實(shí)和發(fā)現(xiàn)，雙環(huán)減速機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)普遍較大，并隨傳動(dòng)比的增大及功率的增加而加劇，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致環(huán)板斷裂，軸承發(fā)熱失效，縮短了減速機(jī)的使用壽命。
雙環(huán)減速機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的原因，因此運(yùn)動(dòng)特性不同于一般減速機(jī)齒輪箱，一是兩偏心軸偏心相位相差180°，偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生兩次過(guò)“死點(diǎn)”沖擊現(xiàn)象，二是雙環(huán)減速機(jī)內(nèi)有兩根偏心軸，兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩環(huán)板做平面圓運(yùn)動(dòng)，使兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)不平衡，同時(shí)兩偏心軸與兩環(huán)板及輸出齒輪屬過(guò)約束行星傳動(dòng)，使環(huán)板與輸出齒輪之間的嚙合不同與一般行星齒輪傳動(dòng)，由于制造、安裝誤差，使環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生較大嚙合沖擊。因此雙環(huán)減速機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，存在動(dòng)不平衡慣性沖擊及制造、安裝誤差造成的過(guò)約束沖擊，從而使雙環(huán)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)中轉(zhuǎn)頻、環(huán)板與輸出齒輪嚙合頻率及其倍頻成份幅值高，在雙環(huán)
減速機(jī)
的故障診斷中，振動(dòng)信號(hào)參數(shù)的識(shí)別方法不能簡(jiǎn)單的等同于一般減速機(jī)。
5.2 雙環(huán)減速機(jī)常見(jiàn)故障特征分析
5.2.1 故障特征參量的定義及選取原則
對(duì)于某一具體的故障類(lèi)型，我們所關(guān)心的問(wèn)題是：l）這種故障通過(guò)哪些物理參量表現(xiàn)出來(lái)；2）與各物理參量間的關(guān)系強(qiáng)弱情況如何。一般而言，對(duì)于前一個(gè)問(wèn)題，只要機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生了變化，就必定會(huì)影響到與之相聯(lián)系的各個(gè)動(dòng)態(tài)物理參量，牽涉面較廣；而故障類(lèi)型與物理參量的關(guān)系強(qiáng)弱是我們 感興趣的。因?yàn)橹挥心切┡c某種故障類(lèi)型之間的關(guān)系密切、對(duì)故障靈敏可靠的物理參量才被用于故障的診斷。在機(jī)械故障診斷學(xué)領(lǐng)域，將這些對(duì)故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物理參量稱(chēng)為故障特征參量。機(jī)械系統(tǒng)的故障類(lèi)型是千差萬(wàn)別的，與每一種故障類(lèi)型相對(duì)應(yīng)，機(jī)械系統(tǒng)必定會(huì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)物理參量將其表征出來(lái)，每一種故障類(lèi)型也必須由一種或多種原因所引起。這就是說(shuō)，故障表現(xiàn)與其特征參量和故障原因之間存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系
                         F=f（a₁，a₂…）                              （5.1）
式中F_____某種故障類(lèi)型；
      a₁，a₂…_____各特征參量或故障原因。
故障診斷就是要確定F與a₁，a₂，…之間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系f，以便通過(guò)檢測(cè)a₁，a₂，…來(lái)判斷故障類(lèi)型F是否發(fā)生，或在已知F發(fā)生的情況下去查明造成F的原因西a₁，a₂，…,等
應(yīng)該指出的是，對(duì)于同一種故障類(lèi)型，當(dāng)它們發(fā)生在不同的機(jī)械系統(tǒng)上時(shí)，其故障特征參量也不同，因此，在確定某種故障的特征參量時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體的系此時(shí)溫度可選為故障特征參量。然而，對(duì)于礦山井下的通風(fēng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子軸承處于風(fēng)道內(nèi)，受到強(qiáng)風(fēng)冷卻，即使出現(xiàn)故障溫度也未必明顯升高，此時(shí)就不宜選用溫度作為軸承故障的特征參量。
由上面的分析可知，雖然某種故障類(lèi)型發(fā)生所能引起變化的物理參量有許多個(gè)，但可用作故障特征的參量是有限的，這就引出了如何來(lái)選定故障特征參量的問(wèn)題。實(shí)踐證明，選取故障特征參量應(yīng)遵循以下原則：
1）高度敏感性
機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)的微弱變化應(yīng)引起故障特征參量的較大變化。
2）高度可靠性
故障特征參量是依賴(lài)于機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)變化而變化的，如果把故障特征參量取作應(yīng)變量，系統(tǒng)狀態(tài)取作自變量，一則故障特征參量應(yīng)是系統(tǒng)狀態(tài)這個(gè)自變量的單值函數(shù)。
3）實(shí)用性（或可實(shí)現(xiàn)性）
故障特征參量應(yīng)是便于檢測(cè)的，如果某個(gè)物理參量雖對(duì)某種故障足夠靈敏，但這個(gè)參量不易獲得（經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)方面的考慮人那么這個(gè)物理參量也不便用作故障特征參量。
不同的故障類(lèi)型有不同的故障特征與之相對(duì)應(yīng)也就是說(shuō)，故障類(lèi)型不同，其故障特征參量也不同即使是同一種故障類(lèi)型，當(dāng)其環(huán)境條件（包括故障主體）發(fā)生變化時(shí)，其故障特征參量也不同驗(yàn)的方法來(lái)確定。
5.2.2 齒輪箱常見(jiàn)故障特征分析
齒輪箱的實(shí)際振動(dòng)信號(hào)異常復(fù)雜，但是通過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：齒輪箱中齒輪故障占主要部分，其次是軸承故障障中，主要是疲勞剝落、崩裂掉塊、，其他部分占的比例很小。在齒輪與軸承故壓痕凹坑及拉傷等相對(duì)集中的故障，而由均勻性磨損、腐蝕等因素引起的故障所占的比例很小。
表5.1 列舉了齒輪箱中各類(lèi)零件損壞的百分比，其中，齒輪本身的失效比重 大，占60 % ，說(shuō)明在齒輪箱中，齒輪本身的制造和裝配質(zhì)量及其維護(hù)是保證齒輪正常運(yùn)行的關(guān)健。
表5.1 齒輪箱的失效零件及失效比重

l）軸系的失效類(lèi)型及其振動(dòng)特征
軸系的主要失效型式為：失衡、彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形及疲勞斷裂，每種失效型式都有自己的振動(dòng)特征。因此，只要掌握了振動(dòng)特征就可診斷軸系的故障。
A失衡
安裝有齒輪、皮帶輪、葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸由于制造或安裝的質(zhì)量不良，或是軸系上某個(gè)零件損壞、失落、附著異物，或者是軸的彎曲變形等原因均會(huì)導(dǎo)致軸系的質(zhì)量分布不均。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心質(zhì)量的離心慣性力就構(gòu)成使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生橫向強(qiáng)迫振動(dòng)的周期激振力，激振力的頻率等于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。所以軸橫向振動(dòng)的頻率就等于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，并隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速等于軸系的固有頻率時(shí)，軸系產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)一共振，此時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速。
B彎曲變形
轉(zhuǎn)軸由于受力不均、設(shè)計(jì)或裝配不良、箱體變形等原因發(fā)生彎曲變形時(shí)，其橫向振動(dòng)的剛度是時(shí)間的周期函數(shù)，周期就是軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)所需的時(shí)間。因此，由其引起的軸的橫向振動(dòng)不僅有以軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為頻率的基頻振動(dòng)，而且有二階及高階的簡(jiǎn)諧振動(dòng)分量。在軸有彎曲變形時(shí)必然伴隨著失衡，所以軸彎曲時(shí)振動(dòng)的幅值是隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大的。由于裝配不良、箱體變形等原因使軸對(duì)中不良時(shí)，所引起的振動(dòng)也有類(lèi)似的特征，其不同處在于除橫向振動(dòng)外還有軸向振動(dòng)。
C扭轉(zhuǎn)變形
轉(zhuǎn)軸在傳遞動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形一般不影響軸的正常工作，但當(dāng)動(dòng)力或負(fù)載扭矩變化以及齒輪的齒面有不同程度的損傷時(shí)，將會(huì)引起轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。安裝著齒輪的軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)將導(dǎo)致軸產(chǎn)生橫向振動(dòng)和軸向振動(dòng)。根據(jù)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率及其它振動(dòng)特征，可以區(qū)分引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因：由動(dòng)力或負(fù)載變化引起時(shí)軸作強(qiáng)迫振動(dòng)，其振動(dòng)幅值和頻率僅取決于動(dòng)力或負(fù)載的變化，而與軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)；若由齒輪的齒面損傷引起時(shí)，不僅產(chǎn)生與軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)的強(qiáng)迫振動(dòng)，而且產(chǎn)生與系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率有關(guān)的自由振動(dòng)。
D疲勞斷裂
轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)橫向裂紋時(shí)，軸的剛度隨著裂紋深度的增加而下降，而且裂紋的位置越接近軸的中部其剛度變化越大。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于軸的不同轉(zhuǎn)角，軸的剛度是不同的。這是因?yàn)楫?dāng)裂紋部位受拉應(yīng)力作用時(shí)，裂紋張開(kāi)，剛度減??；而裂紋部位受壓應(yīng)力作用時(shí)，裂紋閉合，其對(duì)軸的剛度的影響就不明顯。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，裂紋處的拉壓應(yīng)力周期性變化，所以軸的剛度也隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性地變化，其變化的周期就是軸的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。因此，轉(zhuǎn)軸有了橫向裂紋后，其臨界轉(zhuǎn)速（也即是軸橫向振動(dòng)的固有頻率）相應(yīng)地減小，軸的橫向振動(dòng)除了以轉(zhuǎn)動(dòng)頻率作基頻振動(dòng)外，還有高階諧波振動(dòng)。此外，尚有異于其它失效類(lèi)型的振動(dòng)特征：在轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速的1/3和1/2時(shí)分別發(fā)生三階與二階諧波共振。
2）齒輪的失效類(lèi)型與特征
齒輪的失效類(lèi)型很多，基本上可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為制造和裝配不善造成的。如齒形誤差、輪齒與內(nèi)孔不同心、各部分的軸線(xiàn)不對(duì)中、大型齒輪的不平衡等。另一類(lèi)為齒輪在長(zhǎng)期運(yùn)行中形成的。由于輪齒表面承受的載荷很大，兩嚙合輪齒之間既有相對(duì)滾動(dòng)又有相對(duì)滑動(dòng)，而且相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生了力的脈動(dòng)，在長(zhǎng)期運(yùn)行中導(dǎo)致齒面發(fā)生點(diǎn)蝕、膠合、磨損。疲勞剝落。塑性流動(dòng)及齒根裂紋，甚至斷齒等失效現(xiàn)象。
據(jù)國(guó)外拍樣分析結(jié)果，輪齒的各種損傷發(fā)生的概率如表5.2
表5.2 齒輪的失效比重

齒輪的第一類(lèi)失效主要引起不平衡和嚙合不良，前者使振動(dòng)加劇，后者將誘發(fā)齒輪的第二類(lèi)失效。第二類(lèi)失效主要是指嚙合齒面上的損傷，這些損傷會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒面間的撞擊，從而產(chǎn)生具有一定頻率特征的振動(dòng)和聲音；齒面產(chǎn)生這些損傷時(shí)，剝離的金屬微粒必然進(jìn)入齒輪箱的潤(rùn)滑油內(nèi)，不同類(lèi)型的損傷其微粒的形貌特征、化學(xué)成分、數(shù)量多少等方面都有所區(qū)別。因此，對(duì)于齒面損傷不僅可以根據(jù)振動(dòng)與聲的頻率特征進(jìn)行診斷，也可以通過(guò)對(duì)油液中的金屬微粒進(jìn)行物理化學(xué)分析來(lái)判斷齒面損傷的類(lèi)型和嚴(yán)重程度。
實(shí)際上，齒輪的自由振動(dòng)經(jīng)由軸、軸承傳到齒輪箱體時(shí)，猶如通過(guò)一個(gè)機(jī)械低通濾波器，因此在軸承座等處測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)，一般只包含轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和嚙合頻率及其諧波。
次料列出了齒輪箱各不同部件故障的振動(dòng)特征，見(jiàn)表5.3所示。
表5.3 齒輪箱故障的振動(dòng)特征簡(jiǎn)表

部 件	失效類(lèi)型	振動(dòng)頻率	振幅特征	振動(dòng)方向	其它
軸	彎曲	f、2 f及nf	隨f增大	徑向 大
	截面扁平	2 f	同上	徑向
齒 輪	齒面損傷	損傷齒數(shù)×f	同上	徑向	磨損嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn) 高階振動(dòng)，fe的 振動(dòng)能量明顯 增大
	斷齒	斷齒數(shù)×f，fe	同上	徑向
滾 動(dòng) 軸 承	內(nèi)圈剝落		變化不定	徑向
	外圈剝落		同上	徑向
	鋼球剝落		同上	徑向
聯(lián) 軸 器	對(duì)中不良	f、2 f及nf	同上	軸向較大	齒輪聯(lián)軸節(jié)有振 動(dòng)特征基本上與 齒輪相同，但 f=fn時(shí)有峰值
	配合松	f/n，f及nf	同上	徑向
		f	同上	徑向
基 礎(chǔ)	曲（不平）	f、2 f及nf	隨f增大	軸向較大
	剛性不好	f	隨f增大而減小	徑向
f——軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率              Z——軸承鋼球數(shù) fe——齒輪的固有頻率          d——軸承鋼球直徑 fn——軸的臨界轉(zhuǎn)動(dòng)頻率        D——軸承平均直徑                               a——軸承的接觸角                               n——自然數(shù)1，2，3，…

已有資料總結(jié)了一般齒輪箱中齒形誤差、齒輪均勻磨損、箱體共振、軸輕度彎曲、斷齒、軸不平衡、軸嚴(yán)重彎曲、軸向竄動(dòng)、軸承疲勞剝落和點(diǎn)蝕九種典型故障的振動(dòng)特征。
5.2.3 齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的頻域分析
在工作條件下，人們很難直接檢測(cè)某一個(gè)齒輪的故障信號(hào)，一般是在軸承、箱體有關(guān)部位測(cè)量，所測(cè)得的信號(hào)是輪系的信號(hào)，從輪系的信號(hào)中分離出故障信息。在齒輪箱故障診斷中，振動(dòng)檢測(cè)是目前的主要方法。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)論齒輪發(fā)生了異常與否，齒的嚙合都會(huì)發(fā)生沖擊嚙合振動(dòng)，其振動(dòng)波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點(diǎn)。甚至既調(diào)幅又調(diào)頻。
齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的頻譜分析法和轉(zhuǎn)子、滾動(dòng)軸承的頻譜分析在原理上是一致的。因?yàn)?/span>齒輪的傳動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，而故障缺陷也產(chǎn)生振動(dòng)，二者給合而產(chǎn)生調(diào)制，這是它的特點(diǎn)。這種調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻。
l）幅值調(diào)制
調(diào)幅現(xiàn)象由于齒面載荷波動(dòng)對(duì)振幅影響形成的。例如齒輪偏心是裝配、制造中不可避兔的問(wèn)題，偏心使齒輪嚙合時(shí)一邊緊一邊松，從而產(chǎn)生載荷波動(dòng)，使振動(dòng)幅值按此規(guī)律周期性變化，即相當(dāng)于齒輪振動(dòng)受到一個(gè)脈沖調(diào)制，齒輪一轉(zhuǎn)，脈沖重復(fù)一次，它的頻率f_z（或 ）等于齒輪的回轉(zhuǎn)頻率f（或 ），但它比齒輪的嚙合頻率f_e（或 ）要小得多，兩種頻率的信號(hào)互相作用而形成調(diào)制。齒輪加工造成節(jié)距不均勻及類(lèi)似故障使齒輪在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生短暫的“加載”和“卸載”效應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生幅值調(diào)制。
若x_c(t）=A·sin(2 f_et＋φ）為嚙合振動(dòng)載波信號(hào)，a(x)=1+b·cos f_zt為齒輪軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)制信號(hào)，則調(diào)幅后的振動(dòng)信號(hào)
調(diào)制后的信號(hào)，除原來(lái)的嚙合頻率分量外，增加了一對(duì)分量（f_c+ f_n）和（f_c-f_n）它們以f_c為中心，以f_z為間距對(duì)稱(chēng)分布于f_c兩側(cè)，所以稱(chēng)為邊頻帶，見(jiàn)圖5.1所示。上述原理不但適用于像齒輪偏心的故障，也適用于可產(chǎn)生沖擊信號(hào)的其它故障，如崩齒、齒面剝落等。
2）頻率調(diào)制
由于齒輪載荷不均、齒距不均勻及故障造成的載荷波動(dòng)，除了對(duì)振動(dòng)幅值產(chǎn)生影響外，同時(shí)也必然產(chǎn)生扭矩的波動(dòng)，使齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生波動(dòng)。這種波動(dòng)表現(xiàn)在振動(dòng)上即為頻率調(diào)制（也可認(rèn)為是相位調(diào)制）。所以，對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)任何導(dǎo)致產(chǎn)生幅值調(diào)制的因素也同時(shí)會(huì)導(dǎo)致頻率調(diào)制，兩種調(diào)制總是同時(shí)存在的。這種對(duì)于質(zhì)量較小齒輪副，頻率調(diào)制現(xiàn)象尤為突出。
對(duì)于齒輪振動(dòng)信號(hào)而言，頻率調(diào)制的根源在于齒輪嚙合剛度函數(shù)由于齒輪加工誤差和故障的影響而產(chǎn)生了相位變化，如圖5.2 所示。
這種相位變化會(huì)由于齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)而具有周期性。在齒輪信號(hào)頻率調(diào)制中，載波函數(shù)和調(diào)制函數(shù)均為一般周期函數(shù)，均包含基頻及其各階倍頻成分。其結(jié)果是在各階嚙合頻率兩側(cè)形成一系列邊頻帶。邊頻的間隔為齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率f_z。
在實(shí)際齒輪系統(tǒng)中，調(diào)幅、調(diào)頻總是同時(shí)存在的，所以，頻譜上的邊頻成分為兩種調(diào)制單位作用時(shí)所產(chǎn)生的邊頻成分的疊加。雖然在理想條件下（即單獨(dú)作用時(shí)）兩種調(diào)制所產(chǎn)生的邊頻都是對(duì)稱(chēng)于載波頻率計(jì)的，但兩者共同作用時(shí)，由于邊頻成分具有不同的相位，而它們的疊加是向量相加，所以疊加后有的邊頻幅值增加了，有的反而下降了，這就破壞了原有的對(duì)稱(chēng)性。
邊頻具有不穩(wěn)定性，這是由于邊頻的相對(duì)相位關(guān)系容易受到隨機(jī)因素的影響而改變，所以在同樣的調(diào)制指數(shù)下，邊頻帶的形狀會(huì)有所改變。所以在齒輪故障診斷中，只監(jiān)測(cè)某幾個(gè)邊頻仍是不可靠的。
5.2.4 雙環(huán)減速機(jī)齒輪箱故障特征分析
根據(jù)第三章所述，雙環(huán)減速機(jī)有其自身的特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)特性不同于一般減速機(jī)齒輪箱，其故障特征也有別于一般減速機(jī)齒輪箱，雙環(huán)減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)因兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩環(huán)板做平面圓運(yùn)動(dòng)，使兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)不平衡，同時(shí)兩偏心軸與兩環(huán)板及輸出齒輪屬過(guò)約束行星傳動(dòng)，使環(huán)板與輸出齒輪之間的嚙合不同與一般行星齒輪傳動(dòng)，由于制造、安裝誤差，可能使環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生較大嚙合沖擊。同時(shí)，制造、安裝誤差可能使兩塊環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪的嚙合不完全同步，從而使雙環(huán)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)中環(huán)板與輸出齒輪嚙合頻率及其倍頻成份幅值較高而且有波動(dòng)現(xiàn)象，因此，在雙環(huán)減速機(jī)的故障診斷中，振動(dòng)信號(hào)參數(shù)的識(shí)別方法不能簡(jiǎn)單的等同于一般減速機(jī)。
一般減速機(jī)中有嚴(yán)重軸彎曲時(shí)，時(shí)域有明顯的沖擊振動(dòng)，以一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)，沖擊持續(xù)了整個(gè)周期的1/3以上，這與單個(gè)斷齒和集中型故障產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)有明顯區(qū)別，這是軸嚴(yán)重彎曲造成的齒輪嚙合過(guò)程中連續(xù)多次沖擊振動(dòng)構(gòu)成的一次大的沖擊過(guò)程。而雙環(huán)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)，可能不是因?yàn)檩S嚴(yán)重彎曲造成，而是因?yàn)?/span>環(huán)板內(nèi)齒與輸出齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生。一般減速機(jī)軸有較嚴(yán)重的不平衡時(shí)，在齒輪傳動(dòng)中將導(dǎo)致齒形誤差，形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率，以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象，但一般譜圖上邊帶數(shù)量少而稀。但在譜圖中其有故障的軸的轉(zhuǎn)頻成份明顯加大。而雙環(huán)減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)，不一定是因軸有嚴(yán)重的不平衡，而可能是因環(huán)板與兩偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)不平衡的慣性產(chǎn)生。另外，環(huán)板的慣性力很可能造成偏心軸的動(dòng)彎曲，使偏心軸出現(xiàn)彎曲故障特征頻率現(xiàn)象。
根據(jù)第三章接觸齒對(duì)分析中可知，由于誤差的原因，兩環(huán)板在與輸出齒輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)兩環(huán)板上嚙合齒的對(duì)數(shù)不一致或接觸應(yīng)力不同而產(chǎn)生載荷不均的現(xiàn)象，這種載荷不均必然產(chǎn)生輸出齒輪的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，因此產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)的調(diào)制（主要是頻率調(diào)制）。同時(shí)由于兩環(huán)板與兩偏心軸之間的過(guò)約束作用，可能造成上述情況非周期性或不均勻性變化，從而使振動(dòng)信號(hào)變得復(fù)雜多變。
5.3 雙環(huán)減速機(jī)故障專(zhuān)家領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的建立
綜合上述分析，雙環(huán)減速機(jī)故障特征不同于一般減速機(jī)，由于雙環(huán)減速機(jī)運(yùn)動(dòng)的特殊性，分析雙環(huán)減速機(jī)的故障時(shí)應(yīng)考慮其特殊性。不僅要考慮一般減速機(jī)的故障特征，而且重點(diǎn)要考慮雙環(huán)減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)其故障特征產(chǎn)生的影響。本文對(duì)雙環(huán)減速機(jī)的故障診斷研究尚屬首次，因此只針對(duì)減速機(jī)的偏心軸彎曲故障、環(huán)板齒形誤差故障、斷齒故障等進(jìn)行了分析研究，并根據(jù)其特征建立了相應(yīng)的故障專(zhuān)家知識(shí)。由于本文對(duì)雙環(huán)減速機(jī)的故障診斷，所用的診斷軟件及設(shè)備是用“網(wǎng)絡(luò)化、智能化大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線(xiàn)診斷系統(tǒng)”，因此，本文討論雙環(huán)減速機(jī)的故障時(shí)，是針對(duì)減速機(jī)不解體進(jìn)行故障檢測(cè)。
根據(jù)以上分析，本文用圖形化的智能故障診斷預(yù)報(bào)系統(tǒng)（INCON FIDPS), 建立了雙環(huán)減速機(jī)偏心軸彎曲及環(huán)板齒形誤差兩種故障的推理流程。如圖5.3 所示。
圖5.3 中zdpll、zdpl2、zdp13分別為偏心軸的轉(zhuǎn)頻、環(huán)板齒輪嚙合頻率及二倍環(huán)板齒輪嚙合頻率等三個(gè)故障特征頻率成份下的幅值。Zdp14表示是否有以環(huán)板齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，以偏心軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制，zdp15表示時(shí)域信號(hào)是否有明顯的沖擊振動(dòng)，且沖擊持續(xù)了整個(gè)周期的1/3 以上。智能故障診斷預(yù)報(bào)系統(tǒng)（INCON FIDPS)，在進(jìn)行故障推理時(shí)，向數(shù)據(jù)引擎申請(qǐng)故障特征數(shù)據(jù)（圖2中 下層數(shù)據(jù)變量），因此zdpll、zdpl2…zdp15等數(shù)據(jù)變量的數(shù)值或故障特征形態(tài)的準(zhǔn)確性將直接影響減速機(jī)故障推理的準(zhǔn)確性。而zdpll、zdp12…zdp15等數(shù)據(jù)變量在建立偏心軸彎曲及環(huán)板齒形誤差兩種故障的推理流程時(shí)需設(shè)定故障臨界界限值，這些界限值應(yīng)該用測(cè)量正常同型號(hào)雙環(huán)減速機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估設(shè)定或用測(cè)得的正常同型號(hào)雙環(huán)減速機(jī)的歷史數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估設(shè)定。當(dāng)智能診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障推理診斷時(shí)，由數(shù)據(jù)引擎向一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接庫(kù)申請(qǐng)故障特征數(shù)據(jù)，該動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接庫(kù)可以直接連接由信號(hào)分析模塊處理后得到的故障特征數(shù)據(jù)，也可以自行處理信號(hào)數(shù)據(jù)得到故障特征數(shù)據(jù)或采用人機(jī)交互方式將人工判定的故障特征數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。
5.4 本章小結(jié)
本章介紹了故障特征參量的定義及選取原則，討論了齒輪箱的故障診斷方法，分析了雙環(huán)減速機(jī)的振動(dòng)特性及其故障特性，在此基礎(chǔ)上，建立了雙環(huán)減速機(jī)偏心軸彎曲及環(huán)板誤差兩種故障的專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)