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齿轮箱中滚动轴承剥落和点蚀的振动分析

      在齿轮箱中,滚动轴承也是引起齿轮箱故障的主要原因,轴承常见的的故障就是内外环何滚动体出现点蚀和疲劳剥落。

      滚动轴承内外环及滚动体疲劳剥落和点蚀后,在其频谱的中高频区外环固有频率附近出现明显的调制峰群,产生以外环固有频率为载波频率,以轴承通过频率为调制频率的固有频率调制现象。由于滚动轴承产生的振动在传动箱中与齿轮振动相比能量较小,解调谱中调制频率幅值较小,一般只出现 1 阶。

     下图变速箱中间轴后轴承(型号 50308)内圈滚道有 1/2 圈严重疲劳剥落,另半圈有一处大的剥落坑时振动加速度频谱和滤波后解调谱 。在 2000-3000Hz 范围内2258.3Hz 频率附近出现了含有 34.79 Hz 和 23.80Hz 成分的调制峰群,而实测自由态下外环一阶固有频率为 2246.09Hz,计算所得外环及滚动体通过频率分别为 34.47Hz 和 23.6Hz。由于滚动轴承产生的振动在传动箱中与齿轮振动相比能量较小,解调谱中调制频率幅值较小,一般只出现 1 阶(如图 b)。

      从故障机理分析,在齿轮箱轴系中,一般滚动轴承内环与轴多为紧密的过盈配合,即轴与内环牢固的连为一体,要激励起其固有频率需较大能量,且滚动轴承内环固有频率与自由状态下测得或计算的频率完全不同。而外环与箱体轴承座之间的配合虽然也是过盈配合,但和内环与轴配合相比要松得多,且外环在工作中一直承受滚动体对其较大压力,当滚动轴承有故障时或带故障运行一段时间后,外环与轴承座之间基本上完全松动,外环的固有频率与自由状态下测得的频率基本相等。由于外环松动且质量小,所以不仅外环或滚动体产生点蚀或疲劳剥落时会激起其固有频率,而且当内环或滚动体有故障时,振动能量也会通过滚动体传至外环激励起其固有频率,所以齿轮箱中滚动轴承的载波频率一般为外环的各阶固有频率,而调制频率则为产生疲劳剥落元件(内环、外环或滚动体)的通过频率。

      滚动轴承故障产生的振动信号能量大小与齿轮或轴系故障产生的能量大小相比较,前者要小的多,所以其故障信号淹没在其它振动信号中,故障的特征不明显,给诊断带来了很大困难。

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