Диагностика зубчатых передач

по спектру вибросигнала

Одним из самых распространенных методов анализа виброакустических сигналов является спектральный анализ с равномерным или логарифмическим шагом по частоте. Суть метода заключается в разложении сигнала на набор гармонических колебаний. В качестве примера рассмотрим сигнал, поступающий от вибродатчика, который установлен в зоне вращения зубчатых передач. На рисунке 1 представлен спектр мощности сигнала с равномерным шагом по частоте в частотном диапазоне до 100 Гц. Шаг по частоте и, следовательно, частотное разрешение спектрального анализа составляет 0,12 Гц. Спектр рассчитан при помощи программы «Узкополосный спектральный анализ».

Диагностика зубчатых передач по спектру вибросигнала
Рисунок 1

Диагностика зубчатых передач по спектру вибросигнала
Рисунок 2

На графике наблюдается пик на частоте около 90 Гц. Эта частота соответствует оборотам вала — 5400 об/мин. Наличие этого частотного пика в спектре сигнала вибродатчика говорит о биениях, происходящих на каждом обороте вала. Причин может быть несколько. Для выявления основного источника биения на вальной частоте необходимо установить датчики рядом с подшипниками вала и сравнить полученные спектры. Также необходимо сравнивать спектры сигналов с контрольных датчиков стоящих на опорах сервисных механизмов, чтобы убедиться в том сигнал на 90 Гц не является наведенным от других механизмов. На рисунке 2 представлен спектр сигнала с равномерным шагом по частоте в частотном диапазоне до 1000 Гц.

Частотное разрешение спектрального анализа составляет 1,2 Гц. На этом рисунке видны пики на частотах 90, 180, 270 и так далее на кратных 90 Гц частотах. Отчетливо наблюдаются частотные пики до 9-ой гармоники 90 Гц. Наличие гармоник основной частоты показывает, что колебания или биения происходят не по гармоническому закону. Наличие четных гармоник 2, 4 и т.д. говорит о несимметричных колебаниях. На рисунке 3 представлен спектр сигнала с равномерным шагом по частоте в частотном диапазоне до 10 кГц. Частотное разрешение спектрального анализа составляет 48 Гц. На этом рисунке уже не видны пики вальной частоты и ее гармоник. Но в этом частотном диапазоне спектрального анализа проявляется зубцовая частота в окрестности 3 кГц и гармоники на частотах 6 и 9 кГц. Для оценки частоты вращения вала можно использовать сигнал от датчика оборотов и его спектр.

Узкополосный спектр сигнала вибродатчика в частотном диапазоне до 10 кГц
Рисунок 3

Узкополосный спектр сигнала датчика оборотов
Рисунок 4

На рисунке 4 представлен спектр сигнала датчика оборотов с равномерным шагом по частоте в частотном диапазоне до 100 Гц. Шаг по частоте и частотное разрешение спектрального анализа составляет 0,12 Гц. Частотные пики на рисунке 1 и 4 совпадают, и это подтверждает, что вибрация связана с вращением вала.

Во многих случаях удобно представлять спектр с логарифмическим шагом по частоте. На рисунке 5 представлен спектр мощности сигнала вибродатчика, шаг по частоте составляет 1/24 — октавы, ширина и шаг по частоте составляют 3% от значения частоты. Такой вид представления спектра сигнала позволяет наблюдать одновременно малые и большие частоты. На левой стороне рисунка видны частотные пики вальной частоты и ее гармоник 90, 180 …, на правой стороне рисунка видны частотные пики зубцовой частоты и ее гармоник 3, 6 и 9 кГц. Спектр рассчитан при помощи программы «Долеоктавный спектральный анализ».

Долеоктавный спектр мощности сигнала вибродатчика
Рисунок 5

Контроль и отбраковка зубчатых передач может проводиться по уровням спектральных компонент основных и кратных гармоник вальных и зубцовых частот.