機(jī)械故障診斷技術(shù)論文-基于hilbert解調(diào)法的振動(dòng)信號(hào)齒輪診斷方法(編輯修改稿)
2025-07-09 16:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (n? 微分： )()( ndndnw ?? （ 8） )(nw 即為瞬時(shí)頻率。 求包絡(luò) )(nr 的過(guò)程就是解調(diào)。對(duì) )(nr 作譜分析，可得到包絡(luò)信號(hào)的包絡(luò)譜。流程圖如圖 2所示。 圖 2. 解調(diào)分析流程圖 總結(jié)說(shuō)來(lái)，希爾伯特解調(diào)算法的具體步驟為 [8]： ① 求出采樣信號(hào)的 Hilbert 變換對(duì) ② 以采樣信號(hào)為實(shí)部、 Hilbert 變換對(duì)為虛部，兩者構(gòu)成解析信號(hào) ③ 求模得到信號(hào)的包絡(luò) ④ 對(duì)包絡(luò)進(jìn)行低通濾波，作 FFT 求出包絡(luò)譜，得到調(diào)制頻譜及其高次諧波，并可得到相位調(diào)制函數(shù)。 隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，可以直接通過(guò) MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)此繁雜的數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程，并能夠達(dá)到很高的準(zhǔn) 確率和效率。 2 Hilbert 解調(diào)法在齒輪診斷中的應(yīng)用 用 Hilbert 解調(diào)法對(duì)齒輪進(jìn)行故障診斷時(shí)，是利用 Hilbert 變換性質(zhì)，構(gòu)造一復(fù)解析時(shí)間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)（其基本原理前文已闡述）、解調(diào)后的信號(hào)，可直接觀察波形，分析故障情況，也可進(jìn)行頻譜分析或其他分析。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常觀察其時(shí)域信號(hào)，無(wú)法從中辨別是否有故障存在，但調(diào)制信號(hào)中有一個(gè)小峰值，則預(yù)測(cè)此位置可能會(huì)發(fā)生故障。進(jìn)而我們可以通過(guò)以此信號(hào)頻率的整數(shù)倍為中心頻率進(jìn)行窄帶帶通濾波，并對(duì)濾波信號(hào)進(jìn)行 Hilbert 解調(diào)分析，最后得出齒輪中 故障的具體位置。在此過(guò)程中，我們需要著重注意齒輪箱的測(cè)試、診斷與數(shù)據(jù)處理方法。 在齒輪故障診斷中應(yīng)注意的問(wèn)題 測(cè)點(diǎn)部位的確定 首先，測(cè)試信號(hào)的獲取過(guò)程中，需要將測(cè)量裝置擺放在合適的位置，才能測(cè)得準(zhǔn)確的、代表性的測(cè)量數(shù)據(jù)。總結(jié)說(shuō)來(lái)，測(cè)點(diǎn)的選取一般遵循以下兩條原則 [9]： （ 1） 軸承座為天然的測(cè)點(diǎn)，它能最直接的反映與本軸有關(guān)的振動(dòng)信息，如果結(jié)構(gòu)條件不允許，應(yīng)使測(cè)點(diǎn)盡量靠近軸承座（原因：振動(dòng)信號(hào)與傳遞中的衰減，特別是高頻信號(hào)的衰減較快）； （ 2） 對(duì)重要的、經(jīng)常發(fā)生故障的部位可多布測(cè)點(diǎn)，而不重要的、不常發(fā)生 故障的部位可少布測(cè)點(diǎn)。 利用振動(dòng)對(duì)齒輪箱進(jìn)行診斷，主要使用轉(zhuǎn)速在 1000r/min 以上的直齒圓柱、人字齒輪、直齒錐齒輪及斜齒圓柱齒輪等。測(cè)點(diǎn)部位主要選擇普通減速器的軸承座蓋。對(duì)于高級(jí)減速器，若軸承座在機(jī)罩內(nèi)部，則可選軸承附近剛性好的部位，或測(cè)量基礎(chǔ)的振動(dòng) [10]。 測(cè)定參數(shù)的確定 齒輪大聲的振動(dòng)中，有 1kHz 以上的高頻固有振動(dòng)，也有與齒輪的選擇頻率或嚙合頻率相關(guān)的低頻振動(dòng)。通常對(duì)于低頻振動(dòng)，可選擇振動(dòng)速度作為測(cè)量參數(shù)；對(duì)于與固有振動(dòng)相關(guān)的高頻振動(dòng)，可選擇振動(dòng)加速度作為測(cè)定參數(shù)。 測(cè)定 周期的選擇 為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪初期狀態(tài)的異常，需要合理確定測(cè)量周期。一般來(lái)講，當(dāng)齒輪處于正常工作情況下，可保持固有周期；當(dāng)振動(dòng)增大或出現(xiàn)異常征兆時(shí)，則應(yīng)采用縮短周期的對(duì)策，并應(yīng)將測(cè)定周期盡可能安排得短些。 判斷標(biāo)準(zhǔn)的確定 齒輪通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)，是處于正常狀態(tài)還是發(fā)生了異常，需要有判定的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，才能知道測(cè)定值所表示的齒輪狀態(tài)是正常狀態(tài)，還是必須注意監(jiān)測(cè)的狀態(tài)。判定標(biāo)準(zhǔn)可分為以下兩類(lèi)： （ 1） 絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)：可將同一個(gè)部位測(cè)得的值原封不動(dòng)地作為評(píng)價(jià)的依據(jù)。 （ 2） 相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于還沒(méi)有制定的絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)的 齒輪，適合于使用過(guò)去的實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料。例如，相對(duì)判斷值標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定實(shí)測(cè)值達(dá)到正常值的兩倍時(shí)要引起注意；達(dá)到 4倍時(shí)，則表示危險(xiǎn)。 傳感器的安裝方法 加速度傳感器與其他傳感器相比，其優(yōu)點(diǎn)為能夠測(cè)定頻率范圍較寬的振動(dòng)信號(hào)，且廉價(jià)、使用方便，并能對(duì)振動(dòng)速度和振動(dòng)位移進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以得到廣泛的應(yīng)用。無(wú)論使用哪種傳感器都應(yīng)注意傳感器與被測(cè)物之間必須進(jìn)行絕緣。如果絕緣不良，就會(huì)發(fā)生同機(jī)械振動(dòng)毫無(wú)關(guān)系的電噪聲，使振動(dòng)波形與實(shí)際情況不相符合，從而造成診斷上的錯(cuò)誤。特別是在固定傳感器時(shí)，更要注意墊上具有絕緣性能的專(zhuān)用墊片。 數(shù)據(jù)的計(jì)算（各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)頻、嚙合頻率、電機(jī)滾動(dòng)軸承通過(guò)頻率、滾動(dòng)軸承固有頻率） （ 1） 由現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，選取振動(dòng)和噪聲較大的轉(zhuǎn)速作為基準(zhǔn)，選擇此傳動(dòng)鏈作為測(cè)試工況。通過(guò)各齒輪齒數(shù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系求出各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率； （ 2） 電機(jī)滾動(dòng)軸承通過(guò)頻率的計(jì)算 內(nèi)環(huán)通過(guò)頻率 ZDdf
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