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(shù)分析

　　診斷對(duì)象即BJ212型變速箱有五個(gè)檔位，設(shè)計(jì)噪聲指標(biāo)為空檔89.5dBA、Ⅰ檔90dBA、Ⅱ檔90dBA、Ⅲ檔88dBA和倒檔91dBA。本文所檢測(cè)的變速箱噪聲明顯超標(biāo)，其倒檔時(shí)的噪聲達(dá)到97dBA，故需對(duì)在各檔下測(cè)得的振動(dòng)和噪聲信號(hào)進(jìn)行譜分析以及相干函數(shù)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(shù)分析為例，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的變速箱振動(dòng)、噪聲信號(hào)經(jīng)專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行處理后，得到測(cè)試點(diǎn)處三個(gè)方向的振動(dòng)頻譜圖（圖4～圖6）、噪聲信號(hào)的頻譜圖（圖7）和相干函數(shù)圖（圖8）。其中，采樣頻率為2000Hz，采樣點(diǎn)數(shù)為1024，實(shí)測(cè)的輸入軸轉(zhuǎn)速是2226rpm。在圖4～圖6中，縱坐標(biāo)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(biāo)為聲級(jí)計(jì)輸出電壓信號(hào)幅值。由于理論上的電機(jī)轉(zhuǎn)速與實(shí)際值總有差別，以及其它不可避免的測(cè)試和計(jì)算誤差，使得譜圖上的特征頻率與相應(yīng)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(qiáng)，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(xiàn)較大，其原因需結(jié)合聲源（變速箱）具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　由圖4～6可以看出，雖然所測(cè)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(shù)表明，特別是在徑向垂直振動(dòng)的譜圖上，明顯地出現(xiàn)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(diào)制源，表明故障發(fā)生在該軸上。Ⅱ軸的不對(duì)中或Z29這個(gè)齒輪出現(xiàn)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(duì)噪聲貢獻(xiàn)不大，亦即故障并不來(lái)自軸承。本文檢測(cè)后經(jīng)有關(guān)人員對(duì)測(cè)試對(duì)象開(kāi)箱檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Z29這個(gè)齒輪有一齒出現(xiàn)明顯損傷。

　　3　結(jié)論

　　本文以噪聲作為故障癥狀，通過(guò)相干函數(shù)分析確定相關(guān)的振動(dòng)信號(hào)，從而由振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征分析故障原因，實(shí)驗(yàn)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(tǒng)的分析手段，其豐富的診斷事例還為診斷專家系統(tǒng)提供了豐富的專家知識(shí)，從而決定性地提高專家系統(tǒng)的水平。所以，基于相干理論的針對(duì)性實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于現(xiàn)代故障診斷理論在工程實(shí)際中更好地發(fā)揮其作用有著重要意義。