齒輪箱中滾動軸承的振動分析
在齒輪箱中,滾動軸承也是引起齒輪箱故障的主要原因,軸承常見的的故障就是內(nèi)外環(huán)何滾動體出現(xiàn)點(diǎn)蝕和疲勞剝落。
滾動軸承內(nèi)外環(huán)及滾動體疲勞剝落和點(diǎn)蝕后,在其頻譜的中***頻區(qū)外環(huán)固有頻率附近出現(xiàn)明顯的調(diào)制峰群,產(chǎn)生以外環(huán)固有頻率為載波頻率,以軸承通過頻率為調(diào)制頻率的固有頻率調(diào)制現(xiàn)象。由于滾動軸承產(chǎn)生的振動在傳動箱中與齒輪振動相比能量較小,解調(diào)譜中調(diào)制頻率幅值較小,一般只出現(xiàn) 1 階。
下圖變速箱中間軸后軸承(型號 50308)內(nèi)圈滾道有 1/2 圈嚴(yán)重疲勞剝落,另半圈有一處大的剝落坑時(shí)振動加速度頻譜和濾波后解調(diào)譜 。在 2000-3000Hz 范圍內(nèi)2258.3Hz 頻率附近出現(xiàn)了含有 34.79 Hz 和 23.80Hz 成分的調(diào)制峰群,而實(shí)測自由態(tài)下外環(huán)一階固有頻率為 2246.09Hz,計(jì)算所得外環(huán)及滾動體通過頻率分別為 34.47Hz 和 23.6Hz。由于滾動軸承產(chǎn)生的振動在傳動箱中與齒輪振動相比能量較小,解調(diào)譜中調(diào)制頻率幅值較小,一般只出現(xiàn) 1 階(如圖 b)。
從故障機(jī)理分析,在齒輪箱軸系中,一般滾動軸承內(nèi)環(huán)與軸多為緊密的過盈配合,即軸與內(nèi)環(huán)牢固的連為一體,要激勵(lì)起其固有頻率需較大能量,且滾動軸承內(nèi)環(huán)固有頻率與自由狀態(tài)下測得或計(jì)算的頻率完全不同。而外環(huán)與箱體軸承座之間的配合雖然也是過盈配合,但和內(nèi)環(huán)與軸配合相比要松得多,且外環(huán)在工作中一直承受滾動體對其較大壓力,當(dāng)滾動軸承有故障時(shí)或帶故障運(yùn)行一段時(shí)間后,外環(huán)與軸承座之間基本上完全松動,外環(huán)的固有頻率與自由狀態(tài)下測得的頻率基本相等。由于外環(huán)松動且質(zhì)量小,所以不僅外環(huán)或滾動體產(chǎn)生點(diǎn)蝕或疲勞剝落時(shí)會激起其固有頻率,而且當(dāng)內(nèi)環(huán)或滾動體有故障時(shí),振動能量也會通過滾動體傳至外環(huán)激勵(lì)起其固有頻率,所以齒輪箱中滾動軸承的載波頻率一般為外環(huán)的各階固有頻率,而調(diào)制頻率則為產(chǎn)生疲勞剝落元件(內(nèi)環(huán)、外環(huán)或滾動體)的通過頻率。
滾動軸承故障產(chǎn)生的振動信號能量大小與齒輪或軸系故障產(chǎn)生的能量大小相比較,前者要小的多,所以其故障信號淹沒在其它振動信號中,故障的特征不明顯,給診斷帶來了很大困難。