中北大学2010届毕业设计说明书
图5.10测试系统示意图
5.3.2减速机参数计算 减速机的主要参数如下： 传动比：i=68.97 电机转速：1000r/min 电机额定功率：500kW
减速机中共有4对齿轮，各齿轮的齿数见表5.1：
表5.1齿轮对的齿数
齿轮对 Z2/Z1 Z4/Z3 Z6/Z5 Z8/Z7 齿数 轴转频计算公式为：
f?N (5.1) 6034/19 60/18 61/17 58/18 式中N为齿轮轴的转速（r/min）。 通过计算，减速机转频见表5.2：
表5.2减速机各轴转频
转轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴 Ⅴ轴 转轴频率/HZ 16.67 9.31 2.79 0.78 0.24 第 36 页 共 49页
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齿轮的啮合频率计算公式：
fm?n?N?Z (5.2) 60式中n―谐波次数；N―齿轮轴的转速（r/min）；Z―齿轮齿数。
本文中减速机共有4对齿轮，通过计算，减速机各对齿轮啮合频率见表5.3：
表5.3减速机各对齿轮啮合频率
齿轮对 啮合频率/Hz 第一对齿轮 第二对齿轮 第三对齿轮 第四对齿轮 316 167 47.5 14 5.3.3齿轮故障诊断
图5.11是传感器从减速机高速轴外壳上采集的运转的振动信号时域波形图。
图5.11减速机1#测点的振动波形
从图中看不出某种特征故障，更不能说明是哪个齿轮对有故障，所以我们对它再进行小波分解。对原始信号进行小波分解，运用Matlab中的Wavelet Toolbox小波分析工具箱，采用墨西哥小帽coif2小波进行5层分解，分解如图5.12。其中d1、d2、d3、d4、d5为高频细节信号，a5为低频逼近信号，对应频带为d1（250～500），d2（125～250），d3（62.5～125），d4（31.25～62.5），d5（15.625～31.25），a5（0～15.625）。程序见程序附件5.1。
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图5.12 1#测点振动信号的小波分解
从图中可以发现d1～d5都含有突变信息，且无周期性，说明其中至少2对齿轮有故障。
5.3.3.1 诊断故障产生的位置
一般情况下，信号的突变部分包含丰富的高频信息，在对信号的小波分解中，基本d1～d5都含有突变信息，且无周期性，说明其中至少2对齿轮有故障。为了进一步得到故障信号频率，我们对各个高频分解层细节信号进行功率谱分析，如图5.13，图5.14所示：
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图5.13小波分解各高频层细节信号的功率谱
图5.14高频层细节信号的功率谱
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由图5.14可以看出从d5信号功率谱中可以很清楚的发现在频率27.34中有明显的变化，接近是第四对齿轮频率(14Hz)的2倍，从而得出第四对齿轮有故障；从d4信号功率谱中可以很清楚的发现在频率40.04，74.22中有明显的变化，接近是第四对齿轮频率的3倍和5倍，仍然得出第四对齿轮有故障；从d3信号功率谱中可以发现在频率69.34，109.4，150.4中有明显的变化，并且存在边频带现象, 接近是第四对齿轮频率的5,7,11倍仍然得出第四对齿轮有故障；从d2信号功率谱中可以发现在频率114.3，163.1，216.8，284.2，343.8中有明显的变化，存在边频带现象,由163.1，343.8得出第二对齿轮(167Hz)有故障；由284.2得出第三对齿轮(47.5Hz)可能有故障，因为第四对齿轮的10倍频也可能出现在这；由114.3，216.8得出第四对齿轮有故障。限于水平限制，对d2，d1的分析也出现了疑问，无法得出具体哪个齿轮对出现故障但是总结前面所得出的结论。齿轮出现故障的地方如表5.4。开始设置的是在第二和第四对齿轮上出现故障。与表5.4得出的分析基本一致，从而说明了方法的有效性。
表5.4 齿轮故障有无判断表
故障出现 第一对齿轮 第二对齿轮 第三对齿轮 第四对齿轮 有故障 可能有 无故障 是 是 是 是 5.3.3.2 齿轮故障的原因
由于设置的是单故障，所以运用5.2.2中齿轮典型故障分析所得到典型故障模型的功率谱与图5.15给出了齿轮的功率谱对比。图5.15程序见程序附件5.2。
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