по спектру вибросигнала

Диагностика зубчатых передач

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 ».

Рисунок 1

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.

Рисунок 3

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 ».

Рисунок 5

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

См. также: