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數控雙（shuāng）柱立式車床變速箱箱（xiāng）體噪聲診（zhěn）斷研究（上）

2017-2-9 來源：齊重數（shù）控裝備股份有（yǒu）限公司（sī）作者（zhě）：李金龍孫永超

摘要：本文針對數（shù）控（kòng）雙柱立式車床變速箱（xiāng）噪聲故障的機理（lǐ）研究，分析（xī）變速箱典型故障振（zhèn）動頻率特性，利用（yòng）OneproD—MVP—2C的配套軟件Graph提取變速箱的振動信號，進行同態解調分析，從而提取出數控雙柱（zhù）立式車床變速箱的故障特征信息，體現了變速箱故障特征在時域和頻（pín）域裏的對應性，彌補了時域分析、幅值譜分析這兩種方（fāng）法的（de）不足，並（bìng）達到了理想的工程應用效果。

本文研究（jiū）內容取（qǔ）源（yuán）於對齊重數控裝備公司的數控雙柱立式車床的研究，通（tōng）過對變（biàn）速（sù）箱（xiāng）信號的采集、分析、特（tè）征提取、狀態監測和故障預報與診斷工作，對機床主（zhǔ）變速箱進行狀態（tài）監測與（yǔ）故障診斷，實現快而準的工程（chéng）應（yīng）用效果，從而達（dá）到理論成果應用於工程實際，並進一步轉化為生產力（lì）的目的。這一研究將為該機床減少維修費用和因故障停產所（suǒ）帶來的損失帶來可觀（guān）的經濟效益，對於機床設備維修（xiū）體係的科（kē）學管（guǎn）理具有現實意義。

變速箱原理結構分析本文研究的對象為齊重數控裝備配備在DVT500×25/50Q—N C 數控雙柱立式車床（chuáng）上的ZSY630型變速箱，其結構如圖（tú）1所（suǒ）示。工業現（xiàn）場采集到的振動信號中既含有調幅現象又含有調頻現（xiàn）象。

1. 數控雙柱（zhù）立式車床變速箱傳動方式（shì）分析

DVT500×25/50Q—NC型數控雙柱立式車床承（chéng）擔著加工形狀複雜回轉類零件的生產任務。機床的正常運行是加工質量的保（bǎo）證。傳動機構是該機床的關（guān）鍵性機構。立式車床的傳動包括電動機、展開（kāi）式減速箱和聯軸器三大部件。

2. 機床主軸電動機主（zhǔ）要（yào）參數

機床主傳動（dòng）由75kW直流電動機驅動，此電動機為廠家定製電動機（jī），其參數如（rú）表（biǎo）1所示。

3. 數控雙柱立式車床變速箱傳動機構主要（yào）參數分析變速箱主要參（cān）數如（rú）表2所示。主傳動轉速分布如圖2所示。

測試儀器配置與診斷方案確定

1.測試儀器配置（zhì）

變速箱振動噪聲診斷一般以箱體振動速度的測量（liàng）作為首要選擇的參數（shù），振動速度的均方根值就是振動烈度。由於（yú）數控雙柱立式車床的變速箱結構複雜，傳遞途徑多，所以采用可以對振動速度或加速度（dù）進行頻譜分析的測試儀（yí）器，即振動加速度傳感（gǎn）器（qì），同時配置可以進行簡易頻譜（pǔ）分析的數據采集器（qì）和相應的振動分析軟件。本次（cì）測試采用的是法國01dB公司，基於MVP—2C分析儀模（mó）塊的型（xíng）號為OneproD手持式測振儀以及（jí）相配套的軟（ruǎn）件Graph。其（qí）主要參數如表3所示。其測試係統（tǒng）工作原理如圖（tú）3所示。

表1 電動（dòng）機主（zhǔ）要參（cān）數

圖2 變速箱主傳動轉速分（fèn）布

2. 數控雙柱（zhù）立式車床變速箱診斷方案

（1）簡易診斷。簡易診斷即采用便攜式測振儀oneproD—MVP—2C對變速箱的各主要測點進行檢測，檢測物（wù）理參量為振動（dòng）位移峰－峰值和振動速度均方根值，即振動烈（liè）度。同時，簡易診斷所有數據都按（àn）時間（jiān）保存在檔案中。以便和後來的作比較，還可以畫出其趨勢圖。

表2　變速箱主要（yào）參數

表3 OneproD—MVP—2C測試儀基本（běn）參數

（2）精密診斷。主要指利用FFT分析、細（xì）化分析、倒（dǎo）譜分析、同態解調譜分析和小波分析等方法來進行振動信號的分析和處理，從而判（pàn）斷故障的類型、部位和程度。精度診斷結果（guǒ）也得按時間保存在檔案庫（kù）中，以（yǐ）便和以後做類比。

（3）測點合理布置。在振動信號采集過程中，測點是否合理布置直接影（yǐng）響信號（hào）的（de）真實性與準確性。布置測點應注意（yì）以下事（shì）項：①所布置的測點要牢固不得鬆動。②測點應布置在軸承或軸承座附近，這是反映齒輪振動信（xìn）息最（zuì）集中，振動特征最敏（mǐn）感的部位。要盡可能選（xuǎn）在聯接剛（gāng）度較高的地方而且（qiě）安裝麵要光滑。③測點（diǎn）應直接安裝在相關被（bèi）測零件上，如果通過不同（tóng）零件聯（lián）接，會對（duì）其振動（dòng）能量產生影響，使振動信號不準確。④盡（jìn）量保持每次（cì）測量時測點安裝位置，齒輪傳動的工況條件、測試（shì）方法一致。

（4）測試時間（jiān）。本次對數控雙柱立式車床的振動噪聲檢（jiǎn）驗共兩次，中間間隔10天。分別在第一次和第二（èr）次對振動噪聲進（jìn）行檢測。每次（cì）分別進（jìn）行簡易診斷和精密（mì）診（zhěn）斷。以（yǐ）保證診斷（duàn）分析的正確性。

（5）測試選用擋位。現場觀察發現（xiàn）在主軸轉速為13r/min時（shí），振動和噪聲較大，故（gù）測試（shì）時選擇了此擋傳動鏈。在此擋位下變速箱內各軸的基本（běn）參數如表4所示。

3. 數控雙柱（zhù）立式車床變速（sù）

箱故障診斷與分析研究根據製定（dìng）的變速箱振動噪聲測（cè）試（shì）與診斷方（fāng）案，兩次（cì）對DVT500×25/50Q—NC數控（kòng）雙柱立式車床進行振（zhèn）動噪聲信號采集工作（zuò），並分別以簡易故障診斷（duàn）和（hé）精密（mì）故（gù）障診（zhěn）斷兩種診斷方法，對運行中的變速（sù）箱進行了故障診斷與分析研究。

由於V軸、Ⅵ軸和（hé）Ⅶ軸壓在機床底座內，不易測量（liàng），故隻測Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸和Ⅳ軸（zhóu）。測點具體分布（bù）如圖4所示。測（cè）量Ⅰ軸時，通過測量離（lí）軸承最近（jìn）的箱壁得到I軸的振動信息。變速箱簡易診斷對（duì）於此台機床的變速箱，對其進（jìn）行了兩次簡易診斷，診斷參數主要為振動烈度Vrms（振動速度有效值，單位mm/s）。

1. 診斷數據

表5所示為第一次和第（dì）二次兩次對變速箱的簡易診斷數據。所測得（dé）的主（zhǔ）要數據（jù）為垂直方向（xiàng）（V）、水平方向（H）和軸向（A）三個（gè）方向上的振動烈度。根據設（shè）備振動的評估標準如表（biǎo）6所示。

2. CLASS設備分（fèn）類

分類Ⅰ ：在正常運行條件下，與整機連成一體的電動機或機器的單獨驅動部件功率在1 5kW或15 kW以下。分類Ⅱ：無專（zhuān）用（yòng）基礎的中型機器，電動機或驅動部（bù）件功率在（zài）15～75kW。

分類Ⅲ：具有旋轉質量、安裝在剛性重型基礎上的大型原動（dòng）機和其他大型機器。基礎在振動測量方向上相對是剛性的。分類Ⅳ：具有旋轉質量、安裝（zhuāng）在剛性重（chóng）型基礎（chǔ）上的大型原動機和其他（tā）大型（xíng）機（jī）器（qì）。基礎在振動測量方向上（shàng）相對是柔性的（如輸（shū）出功（gōng）率大於10MW的汽輪發電動機組）。

表4 在此擋位下變速箱內各軸的基本參數

表5 變速箱各測點（diǎn）簡易測振的振動烈度值

表6 設備振動評估標準

此機床的變速箱由75kW直流電動機（jī）驅動，設備分類為第二類。測點1、測點（diǎn）2、側點3、測點4、測點5、測（cè）點6、測點7和測點8的振動烈度值遠（yuǎn）遠超過D區的（de）上（shàng）限7.1mm/s，達到停機值。特別是這些測點（diǎn）（除測點8）的軸向振動烈度（dù）值更大，測點（diǎn）8的水平方向振動烈度表現最為強烈。

3. 簡易診斷結（jié）論

從上（shàng）述簡易診斷的振動烈度值（zhí）可以初步判斷，該機床的變速箱（xiāng）存在著一（yī）定的故障，需要用精（jīng）密診斷（duàn）診斷出變速箱故障的（de）確切信息。

變速箱精（jīng）密診斷（duàn）簡易診斷的特（tè）征決定了它隻（zhī）能初（chū）步判斷齒輪箱有無故（gù）障存在，而不能確定故障的（de）類型、部位。因此，簡易診斷為下一步精密診斷劃定了（le）診斷範圍，給進（jìn）一步確定故障信息打下了基礎。以下針對簡易診斷過程中振動（dòng）烈度（dù）嚴重超標的典型測點進行（háng）精密診斷（duàn），即利用FFT分析、細化（huà）分（fèn）析（xī）、倒頻譜分析及同態解調分析等方法來進行振動信號的分析和處理，從而判斷故障的類型（xíng）、部位和程（chéng）度（dù）。

1. 測點8精密診（zhěn）斷分（fèn）析

（1）測點8振動時域（yù）信號和FFT變化幅值（zhí）分析，如圖5、圖6所示。

（2）測點8同態解調（diào）分析，如圖7所示。

測點8 信（xìn）號的（de）同態解調譜（pǔ）分析結（jié）果（guǒ）表明：故（gù）障調製信（xìn）號主要為f r2（16.075H z）及其（qí）倍頻，另（lìng）外還有突出的Ⅳ軸轉頻f r4（10.72Hz）及2fr4的調製成分。

圖5 測點8振動加（jiā）速度信號時（shí）域信號

圖（tú）6 測點8的FFT變換幅值譜圖

圖（tú）7 測點8同（tóng）態解調分析譜圖

（3）測點8分析（xī）結果。從測點8的上述分析可知，一級齧合頻率f g1及其（qí）高次諧波（bō）2f g1、3f g1，且在它（tā）們周圍存在大量的以II軸轉頻（pín）fr2（16.075H z）的調製成分；另外，還存在二級齒輪齧合頻率f g2及其（qí）高次倍頻2f g2、3f g2、4f g2，由此可推斷一級齒輪副的齒（chǐ）輪Z2（43齒）有嚴（yán）重故障。

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