第4章 齒輪減速機(jī)振動(dòng)故障頻率和減速機(jī)箱蓋振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)的研究
4.1 各種傳動(dòng)零件與振動(dòng)故障有關(guān)的頻率
(l）轉(zhuǎn)軸故障振動(dòng)頻率
設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速為n，則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率（Hz）為：
fr=n/60 (4-l)
當(dāng)轉(zhuǎn)軸和電機(jī)主軸聯(lián)接不對(duì)中時(shí)胁编，振動(dòng)頻率為2fr尚粘；轉(zhuǎn)軸有質(zhì)量偏心時(shí)痕寓，或轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)裂紋時(shí)记餐，振動(dòng)頻率為fr,2fr,3fr汇光。
(2）有關(guān)齒輪故障振動(dòng)頻率
i）齒輪的回轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率fr
該振動(dòng)頻率主要由齒輪制造的大周期誤差（例如齒輪質(zhì)量偏心等）產(chǎn)生瞎弥。
ii）齒數(shù)為Z的齒輪捂旨，其嚙合振動(dòng)頻率：
fmeh=nZ/60=frZ (4-2)
齒輪的嚙合振動(dòng)主要由齒輪加工精度秉唇、齒輪工作時(shí)的摩擦磨損、疲勞點(diǎn)蝕等原因引起齒輪基節(jié)偏差和齒形誤差而造成的憨琅。另外漆勉，齒輪嚙合剛度是時(shí)變的，輪齒交替嚙合也會(huì)產(chǎn)生嚙合振動(dòng)頻率fmeh叙谨。當(dāng)齒輪磨損加大温鸽，齒輪齒側(cè)間隙增大時(shí)，齒輪的嚙合振動(dòng)由于非線性振動(dòng)而會(huì)出現(xiàn)以fmeh的分?jǐn)?shù)諧波為主及其它們的調(diào)制：當(dāng)載荷變化和工作轉(zhuǎn)速變化時(shí)手负，這個(gè)分?jǐn)?shù)諧波的分?jǐn)?shù)要發(fā)生變化涤垫。
iii）有關(guān)向心滾動(dòng)軸承振動(dòng)源頻率
內(nèi)圈剝落：fi=0.5Z(1+dcosα/Dm）f (4-3)
外圈剝落：f0=0.5Z(1-dcosα/Dm)f (4-4)
鋼球剝落：fb=Dmf(l-（d/Dm）2cos2α)/d (4-5)
內(nèi)滾道不圓：f，2f竟终，…蝠猬，nf (4-6)
保持架不平衡：fci=0.5f（1+dcosα/Dm） (4-7)
外圈有點(diǎn)蝕時(shí)：nf0 (4-8)
內(nèi)圈有點(diǎn)蝕時(shí)：nfi±f（或fo) (4-9)
以上公式中：f-軸頻；Z-軸承滾動(dòng)體數(shù)目统捶；價(jià)滾動(dòng)體直徑榆芦；Dm-軸承節(jié)徑；a-軸承接觸角喘鸟；n-自然數(shù)匆绣，=l,2,3，…什黑。
滾動(dòng)軸承的剛度是非線性時(shí)變的崎淳，但在低速輕載時(shí)，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)中不會(huì)出現(xiàn)與滾動(dòng)軸承剛度變化有關(guān)的信號(hào)伺罗。
4.2 調(diào)心滾子軸承故障頻率
調(diào)心滾子軸承由于其承載能力高等吝、對(duì)中性好而在重載場(chǎng)合獲得了廣泛的使用。故在其發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)故障頻率的計(jì)算公式倍受人們關(guān)注尽架。
調(diào)心滾子軸承的振動(dòng)故障頻率的計(jì)算公式可用公式（4-4）至（4-10)，但由于不易直接測(cè)量或在軸承手冊(cè)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到調(diào)心滾子軸承的d、Dm和α參數(shù)糜罢，故需先確定調(diào)心滾子軸承的這些參數(shù)熏虱，然后計(jì)算調(diào)心滾子軸承的振動(dòng)故障頻率。
4.2.1 調(diào)心滾子軸承的d蛹吱、D和α參數(shù)確定
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB288-87浓盐，調(diào)心滾子軸承可作如圖4-1的簡(jiǎn)圖。
公稱接觸角α是滾動(dòng)體與滾道接觸區(qū)中點(diǎn)的法向負(fù)荷向量與垂直于軸承軸線的徑向平面間的夾角晨每。根據(jù)這個(gè)定義可計(jì)算出調(diào)心滾子軸承的公稱接觸角α倚胀。
tgα=B/3÷（D/2）=2B/3D
α=arctg（2B/3D） （4-10）
軸承節(jié)徑Dm和軸承接觸區(qū)中點(diǎn)滾子直徑d分別由（4-11）、（4-12）式計(jì)算：
Dm=0.5（D+d） （4-11）
d=0.5A/cosα=0.25（D-d）/cosa （4-12）
將公式（4-10）-（4-12）式代入（4-3）（4-5）式和（4-7）-（4-9）式可得到軸承各元件的振動(dòng)故障頻率所脉。
4.2.2 實(shí)驗(yàn)例子
軋機(jī)減速機(jī)是軋鋼廠的動(dòng)力傳輸裝置可款，它起到減速（粗軋時(shí)）和增速（精軋時(shí)）的作用。它一般由兩對(duì)斜齒輪克蚂、若干個(gè)調(diào)心滾子軸承和箱體組成闺鲸。圖4-2是減速機(jī)機(jī)組的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，在該圖中埃叭，軸III在軸II的正下方摸恍。
某軋鋼廠薄板生產(chǎn)線某區(qū)域共安裝使用了五個(gè)這樣的減速機(jī)機(jī)組，其中5#機(jī)組工作時(shí)振動(dòng)大赤屋，噪聲高立镶。為了防止減速機(jī)出現(xiàn)諸如齒輪輪齒斷齒、軸承元件破損等突發(fā)性事故發(fā)生而影響生產(chǎn)类早，故要對(duì)減速機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的早期異趁拿剑現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試分析。
（1）基本參數(shù)
斜齒輪齒數(shù)：Z1=Z4=45莺奔；Z2= Z3=35欣范；上、下電動(dòng)機(jī)功率P=1600KW令哟；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恼琼；n=1176rpm（此時(shí)軸I和軸IV的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率=19.6Hz）。
（2）測(cè)試儀器
B＆K4912閃光測(cè)速儀一臺(tái)瓜收；B＆K8800加速度計(jì)兩個(gè)翼抡；TEAC MR-30C磁帶機(jī)一個(gè)；CF-360便攜式雙通道FFT分析儀一臺(tái)箭雪。
圖4-2中：1-上電動(dòng)機(jī)响奋；2-上電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)；3-23152調(diào)心滾子軸承濒秸；4救眯、5-24148調(diào)心滾子軸承览止；6-下電動(dòng)機(jī)；7-下電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)观昂；8-23152調(diào)心滾子軸承校增；9-24148調(diào)心滾子軸承；10疾练、11-24056調(diào)心滾子軸承茁只；12-24148調(diào)心滾子軸承
（3）測(cè)試結(jié)果
圖4-3、4-4分別是把振動(dòng)加速度計(jì)放在減速機(jī)I軸A側(cè)和B側(cè)軸承座上所測(cè)得振動(dòng)速度幅值譜圖缔莲；圖4-5哥纫、4-6分別是把振動(dòng)加速度計(jì)放在減速機(jī)II軸A側(cè)和III軸B側(cè)軸承座上所測(cè)得振動(dòng)速度幅值譜圖；圖4-7痴奏、4-8分別是把振動(dòng)加速度計(jì)放在減速機(jī)IV軸A側(cè)和B側(cè)軸承座上所測(cè)得振動(dòng)速度幅值譜圖蛀骇。
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