程輝¹　楊帆²

（1.專利審查協作北京中心；2.煤炭科學研究總院）

　　摘　要：目前對減速器進行故障診斷是機械設備狀態監視和診斷的重要內容，其運行狀態對機械裝備的（de）整體將產生直接影響，因此對減速器進行故（gù）障診斷是（shì）非常必要的。本文對刮板輸送機減（jiǎn）速（sù）器中的滾動軸承的故障振動信號的（de）特征進行了分析和研究。利用加速度傳感器（qì）對（duì）減速器多（duō）個部位進行振動信號的采集，利用MATLAB軟件對振動（dòng）信號進行小波分層閾值（zhí）消噪，對消噪（zào）之後的信號進行頻域分析。

　　關鍵詞：滾動軸承；故（gù）障診斷；小波消噪；減速器

　　1　實驗裝置
　　在本實驗中，選擇加速度壓電傳感器、NI數據采集卡等硬件對刮板輸送機減速器進行振動信號的采集，數據采集程序使用VB編寫，將數據以TXT的格式保存到本地電腦，以便於在matlab環境下進行數據的分析和處（chù）理。實驗裝置測試的簡圖如圖1所示（shì）。

　　實（shí）驗中所選用的刮（guā）板輸（shū）送機減速器為二（èr）級傳動減速器，為斜齒圓錐齒輪，級齧合齒輪（lún）的齒數為（wéi）13、53，第（dì）二級齧合齒（chǐ）輪的齒數為12、50，減速器的減速比為16.987。根據齒輪齧合頻率計算公式得到該減速器的兩級齧合頻率分別為314.17Hz和（hé）71.13Hz。在該減速器中，輸出軸軸承的型號為N210EM，為圓柱滾子（zǐ）軸承，其外徑為90mm，內徑為50mm，寬度20mm，滾子直徑11mm，滾子長度12mm，滾子（zǐ）數目16個。
　　2　軸承故障振動信號分析
　　對於減速器的輸出軸圓柱（zhù）滾子軸承存在故障的情況下采集到的數據（jù），在實驗（yàn）中（zhōng）傳感器被放置於軸承座12點鍾位置和軸承座上方箱體位置，通過對采集的振動（dòng）信號（hào）的時域參數的計算以及振（zhèn）動信號傳遞路徑的分析，在（zài）實驗中的消噪和（hé）頻（pín）域分析中選擇（zé）了軸承座上12點鍾位（wèi）置測得的（de）振動數據作為（wéi）分析對象。圖2為采集到振（zhèn）動數據的時域（yù）信號和經過小波（bō）分層閾值消噪的信號以及振（zhèn）動信號的幅值譜和功率譜（pǔ）圖（tú）。

　　從圖（tú）2中可以看出，對比（bǐ）消噪前後的時域圖像，小（xiǎo）波分層閾值消（xiāo）噪能夠消除信（xìn）號中的大部（bù）分噪聲。圖中的另外兩幅圖像為幅值譜和功率譜，可以看出振（zhèn）動信號在頻域中主要集中在低頻部分，圖3為（wéi）幅值譜和（hé）功率譜的細化（huà）譜圖，通過細化譜圖（tú）可以分析采（cǎi）集到的振動信號的頻率組成。
　　在（zài）細（xì）化譜圖（tú）中，在0-200Hz之間主要有24.41Hz和73.24Hz兩個頻率成分，由於已知該實驗中的圓柱滾子軸承的滾動體（tǐ）故障頻（pín）率為11.47Hz，輸出軸的轉頻為（wéi）1.4Hz，因此這兩個頻率成分（fèn）中24.41Hz（2*11.47Hz+1.4Hz）為滾動體故障頻率經過（guò）輸出軸轉頻調（diào）製而得，73.24Hz頻率成分為第（dì）二級齧（niè）合（hé）齒輪齧合頻率（lǜ）71.13Hz經過轉頻調製得到，由此可（kě）以（yǐ）判斷圓柱滾子軸承的滾動體出現了故障，與人為預置的故障相同；在頻譜圖中的200-500Hz頻率之間，主要存在249Hz、327Hz和351Hz的頻（pín）率成分（fèn），其中249Hz（71.13Hz*3+5.928Hz*3）頻率成分（fèn）為第二級齒輪齧合頻率經過減速器中間軸轉頻5.928Hz調製得（dé）到的，327Hz（314.17Hz+5.93Hz*2）和351Hz頻（pín）率（lǜ）成分為級齒（chǐ）輪（lún）齧合頻率314.17Hz經過減速箱中間軸的轉頻5.93Hz以及輸出軸轉頻1.4Hz調製所（suǒ）形（xíng）成（chéng）的；在500Hz-1000Hz之間主要存在600.6Hz、625Hz和576.2Hz頻率成分，這些頻率也是經過齒輪（lún）箱第二級齒輪齧合頻率、圓柱滾子軸承故障頻率和輸出軸轉頻調製所形成的。在本實驗測得振動數據中，雖然對圓（yuán）柱滾子軸承進行（háng）了人為的故障破壞，但是由於是（shì）減（jiǎn）速器輸出軸軸（zhóu）承，因此測取的（de）振動信號中的頻率成分（fèn）組成比較複雜，減速器為是兩級傳動，其中必然會包含減速器各級傳動齒輪的齧合頻率、軸承（chéng）故（gù）障頻率以及各級軸的轉頻相互調製的現象，對於分析軸承故障頻率會存在幹擾。
　　3　結語
　　為了更好的判斷軸承的故障是否存在，在實驗中還對正常的軸（zhóu）承振動信號進行了采集，采集的位置和參數設置均和軸承滾動（dòng）體存在故障時是（shì）相同的，並且對（duì）采集到的（de）振動信號進（jìn）行了小波分層閾（yù）值消噪，繪出了（le）振動信（xìn）號的（de）幅值譜和功率譜圖像，以此來（lái）對比軸承正常（cháng）和存在故障時（shí）的信號時域和頻域圖形了參（cān）數的（de）區（qū）別。從其細化譜圖中可以（yǐ）看（kàn）出，主要的頻率成分都是兩（liǎng）級齒輪副和（hé）轉軸轉頻調製形成的，在頻域圖中（zhōng）沒有出（chū）現軸承故（gù）障頻率成分，對之前的軸承故障信號中的頻域成分形成了較為明顯的區別。
　　參考文獻：
　　[1]鍾秉林，黃仁.機械故障診斷學.北京：機械工業出版社，1997：102-210.
　　[2]張維（wéi）強，宋國（guó）鄉.基於一種新的閾值函數的小（xiǎo）波域信號去噪[J].西安電子科技大學學報（自然（rán）科學版），2004，31（2）：296-299.
　　[3]羅禮培.機動設備滾動軸承損傷的檢（jiǎn）測技巧[J].商（shāng）用汽車，2012（08）.

來源（yuán）：《價值（zhí）工程》2014年16期