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齿圈生产的细化谱分析法

齿圈生产的细化谱分析法:
如前所述,频域分析在齿圈诊断中主要是提取边频特征信息,由于齿圈故障在频谱图上反映出的边频带比较多,因此进行频谱分析时必须有足够的频率分析率。在以嗜合频事为中心的两边或单边分布有边频族,这些谱线之间的问隔很小,当边频带的问隔(故障频率)小于分辨率时,就分析不出齿圈的故障,此时可采用频率细化分析技术提高分辨率。所以,在额率分析中,采用了所谓细化技术,实质上就是进行局部放大用来判断或读出故障的特征信息。
细化请技术实质上是一种选带分析技术,它利用移频原理,将时域样本进行改造,使相应频谱原点移到感兴趣频段的中心额事处,再重新采样作FFT,即可得到更高的分排率。
其算法的核心分为三步:
(1)移频
要使原信号x(1)的频请在f和人之间段局部加密m倍,首先要将原信号的频谐向左移f,为此只要将信号乘上复因数exp(- j2πft),即
x(1) = x(t)exp(- j2πf!)
(5 - 10)
(2)对x(t)进行数字低通滤波
数字滤波的方法很多,常用的是卷积滤波法。根据傅里叶变换频域相乘等于时域卷积的原理,将工(1)与卷积滤波器的权函数h(1)作卷积计算:
x2(1) = x(1) *h(1)
(5 - 11)
就实现了低通滤波,将绝对值大于大-f的频率成分滤掉。
(3)重采样
根据采样定理,对工()进行重新采样,即用x(1)与等间隔的单位脉冲序列g(t)相乘,即
x(1) = x:(t)g(1)
(5 - 12)
在这里,取采样时间T = mT(T为原信号的采样时间),采样时间间隔T、= mT.(T.为原信号的采样时间间隔),因此重新采样所得到的数据点数N = T/T. = T/T,不变,而频率分辨率提高了。
以某齿圈变速箱的频谱图为例如图5-12 (a) 所示,从图中可以看出,在所分析的0 -2kHz频率范围内,有1 ~ 4阶的啮合频率的谱线,还可较清晰地看出有间隔为25Hz的边频带,而在两边频带间似乎还有其他的谱线,但限于频率分辨率已不能清晰分辨。利用频谱细化分析技术,对其中900~ 1100Hz处的频段进行细化分析,其细化频谐如图5-12 (b)所示。由细化谱中可清晰地看出边频带的真实结构,两边频带的间隔为8.3Hz,它是由于转动频率为8. 3Hz的小齿轮轴不平衡引起的振动分量对啮合频率调制的结果。本例表明,用振动频谐的边频带进行齿轮不平衡这类故障诊断时,必须要有足够的频率分辨率,否则会造成误诊或漏诊,影响诊断结果的准确性。
细化谱边频诊断故障,一般从两方面着手:一是利用边频带的对称性,找出f。土nf (n=1,2, ...的频率关系,确定是否成为一组边频带,如果是边频带,则可知道啮合频率f。和调制信号频率f;二是比较各次测量中边频带幅值变化的趋势。由此两点,就可判断故障的类型和故障发展的程度。
图5-13为某齿圈箱的结构示意图及细化边频谱图。在细化谱上以啮合频率f。= 299.84Hz为中心,具有对称分布的一族边频带。其中边频带族以(299. 84士nx12.5) Hz比较突出,而其他边频带族则不明显,说明输人轴的转频f是主要调制源,故障发生在小齿轮轴上,其故障原因有两种可能:①小齿圈加工分度误差大;②载荷波动。
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