變速箱噪聲的頻譜分析與故障診斷

　　2.3　振動(dòng)、噪聲譜及相干函數分析

　　診斷對象即BJ212型變速箱有五個(gè)檔位，設計噪聲指標為空檔89.5dBA、Ⅰ檔90dBA、Ⅱ檔90dBA、Ⅲ檔88dBA和倒檔91dBA。本文所檢測的變速箱噪聲明顯超標，其倒檔時(shí)的噪聲達到97dBA，故需對在各檔下測得的振動(dòng)和噪聲信號進(jìn)行譜分析以及相干函數分析，尋找故障原因。

　　本文以倒檔時(shí)的振動(dòng)、噪聲譜和相干函數分析為例，將實(shí)驗測得的變速箱振動(dòng)、噪聲信號經(jīng)專(zhuān)門(mén)設計的計算機程序進(jìn)行處理后，得到測試點(diǎn)處三個(gè)方向的振動(dòng)頻譜圖（圖4～圖6）、噪聲信號的頻譜圖（圖7）和相干函數圖（圖8）。其中，采樣頻率為2000Hz，采樣點(diǎn)數為1024，實(shí)測的輸入軸轉速是2226rpm。在圖4～圖6中，縱坐標為各振動(dòng)加速度自（功率）譜與幅值1g、頻率50Hz的簡(jiǎn)諧加速度之自譜的比值，圖7的縱坐標為聲級計輸出電壓信號幅值。由于理論上的電機轉速與實(shí)際值總有差別，以及其它不可避免的測試和計算誤差，使得譜圖上的特征頻率與相應的理論值并不能精確吻合。在圖4所示的振動(dòng)頻譜圖上，軸頻及Z15/Z29嚙合頻率分別為19.44Hz（理論值為19Hz）和558.9Hz（理論值為550.57Hz）。從圖7所示的噪聲譜圖中看到，中頻噪聲能量較強，尤以558.9Hz及其邊頻處的幅值最為突出。說(shuō)明該頻率分量在總噪聲中貢獻較大，其原因需結合聲源（變速箱）具體結構特點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　由圖4～6可以看出，雖然所測的是同一點(diǎn)的振動(dòng)，其頻譜圖所包含的信息卻是有所不同。相干函數表明，特別是在徑向垂直振動(dòng)的譜圖上，明顯地出現了Ⅱ軸的軸頸f2及其高次諧頻2f2、3f2、…。同時(shí)我們還注意到，三個(gè)方向振動(dòng)的頻譜圖包含有相同的信息，即在嚙合頻率558.9Hz兩邊具有明顯的邊頻帶，而且邊帶族以558.9±n×19.44Hz比較突出，而其它邊帶族并不明顯。實(shí)際上的Ⅰ、Ⅱ檔下這些特征反映的同樣十分明顯［3］。這都說(shuō)明Ⅱ軸的軸頻是一個(gè)調制源，表明故障發(fā)生在該軸上。Ⅱ軸的不對中或Z29這個(gè)齒輪出現損傷可引起以上故障。

　　譜圖上軸承的特征頻率并不突出，說(shuō)明軸承的振動(dòng)對噪聲貢獻不大，亦即故障并不來(lái)自軸承。本文檢測后經(jīng)有關(guān)人員對測試對象開(kāi)箱檢驗，發(fā)現Z29這個(gè)齒輪有一齒出現明顯損傷。

　　3　結論

　　本文以噪聲作為故障癥狀，通過(guò)相干函數分析確定相關(guān)的振動(dòng)信號，從而由振動(dòng)信號的頻譜特征分析故障原因，實(shí)驗表明這種方法能夠建立故障征兆空間與故障狀態(tài)空間的映射，故具實(shí)際效果。

　　振動(dòng)和噪聲的譜分析作為一種傳統的分析手段，其豐富的診斷事例還為診斷專(zhuān)家系統提供了豐富的專(zhuān)家知識，從而決定性地提高專(zhuān)家系統的水平。所以，基于相干理論的針對性實(shí)驗研究，對于現代故障診斷理論在工程實(shí)際中更好地發(fā)揮其作用有著(zhù)重要意義。