1 绪论 1
1.1 轨道交通齿轮箱的应用特点 1
1.2 齿轮箱状态监测与故障诊断的意义和任务 2
1.3 齿轮箱状态监测与故障诊断的现状与发展趋势 3
1.4 齿轮箱状态监测与故障诊断的常用方法 6
2 状态监测和故障诊断的常用术语 12
2.1 机械振动 12
2.1.1 按时间历程及信号特点振动的分类 12
2.1.2 按动力学特点振动的分类 17
2.2 涡动和进动 18
2.3 绝对轴振动和相对轴振动 19
2.4 振幅 20
2.4.1 峰-峰值、单峰值、有效值 20
2.4.2 振动位移、振动速度、振动加速度 21
2.4.3 振动烈度 22
2.5 频率 22
2.5.1 频率、周期 22
2.5.2 工频、倍频 23
2.5.3 故障特征频率 24
2.6 相位 25
2.6.1 相位的定义 25
2.6.2 相位差、相对相位 26
2.6.3 相位的应用 27
2.7 刚度、阻尼 30
2.7.1 刚度 30
2.7.2 阻尼 30
2.8 临界转速和共振 31
2.8.1 临界转速 31
2.8.2 共振 33
3 轨道交通齿轮箱典型故障与振动噪声产生机理 34
3.1 齿轮箱故障的主要形式 34
3.2 齿轮振动机理分析 36
3.2.1 齿轮的简化振动模型 36
3.2.2 齿轮的啮合刚度 38
3.3 齿轮啮合调制机理分析 38
3.3.1 齿轮振动信号的啮合频率及其各次谐波 39
3.3.2 齿轮振动信号的啮合频率调制现象 40
3.4 齿轮箱噪声产生的机理 45
3.5 齿轮箱冲击振动的几种形式 46
3.6 齿轮箱轴承振动的产生与特点 47
3.6.1 滚动轴承基本参数与特征频率 47
3.6.2 正常轴承的振动信号特征 49
3.6.3 故障轴承的振动信号特征 50
3.6.4 滚动轴承振动信号的分析频带选择 52
4 轨道交通齿轮箱典型故障振动信号特征 54
4.1 齿轮常见失效形式 54
4.2 齿轮故障的特征信息 56
4.3 典型故障振动信号特征 58
4.3.1 齿形误差 58
4.3.2 齿轮均匀磨损 60
4.3.3 断齿 61
4.3.4 齿轮不平衡 62
4.3.5 轴不对中 63
4.3.6 轴弯曲 64
4.3.7 轴横向裂纹 65
4.3.8 支承系统连接松动 67
4.3.9 箱体共振调制 69
4.3.10 轴承故障 69
5 轨道交通齿轮箱状态监测与故障诊断仪器 71
5.1 传感器 71
5.1.1 压电式加速度传感器 71
5.1.2 磁电式速度传感器 75
5.1.3 电涡流传感器 77
5.1.4 传感器的选用原则 78
5.2 简易振动监测仪器 79
5.2.1 SKF简易式测振笔 80
5.2.2 盛迪振通测振表 81
5.3 简易噪声测试仪 82
5.3.1 传声器 82
5.3.2 声级计 82
5.4 在线监测分析系统 83
6 轨道交通齿轮箱故障诊断方法 85
6.1 轨道交通齿轮箱振动信号处理方法 85
6.1.1 振动信号的分类 86
6.1.2 振动信号时域处理方法 88
6.1.3 振动信号频谱分析方法 93
6.1.4 振动信号倒频谱分析 109
6.1.5 振动信号细化谱分析 110
6.1.6 振动信号解调分析 112
6.1.7 振动信号小波分析 113
6.1.8 振动信号启停机分析 114
6.2 轨道交通齿轮箱模态分析 116
6.3 轨道交通齿轮箱噪声分析 118
6.4 轨道交通齿轮箱滚动轴承故障诊断方法 118
6.4.1 低频信号接收法 120
6.4.2 包络分析法 120
6.4.3 冲击脉冲法 121
6.4.4 尖峰能量法 122
6.5 故障程度的评估 123
6.6 故障部位的诊断 125
6.7 故障趋势的预测 126
7 故障诊断专家系统原理 127
7.1 故障诊断专家系统概述 127
7.1.1 专家系统与人工智能 127
7.1.2 设备故障诊断专家系统特点 128
7.1.3 专家系统的几个概念 128
7.2 专家系统的基本结构及功能 130
7.2.1 专家系统的基本结构 130
7.2.2 专家系统各部分功能 131
7.2.3 设备故障诊断专家系统 133
7.3 设备故障的灰色诊断技术 134
7.3.1 基本概念 135
7.3.2 灰色关联度及其故障诊断技术 136
7.4 设备故障的模糊诊断技术 141
7.4.1 模糊集合的基本概念 142
7.4.2 基于模糊变换的故障诊断技术 145
7.4.3 基于模糊综合决策的故障诊断技术 147
7.4.4 灰色诊断与模糊诊断的比较 148
8 齿轮箱状态监测评价标准 150
8.1 建立标准的方法 150
8.2 齿轮箱振动评价标准 151
8.2.1 轴承座振动评价标准 152
8.2.2 转轴振动评价标准 165
8.3 齿轮箱噪声评价标准 171
8.3.1 声强法测量标准 173
8.3.2 声压法测量标准 176
8.3.3 声功率级评价标准 178
9 轨道交通齿轮箱状态监测与故障诊断流程 184
9.1 状态监测及故障诊断的流程及任务 184
9.2 齿轮箱基本参数获取 185
9.2.1 齿轮箱系统简图 186
9.2.2 整合齿轮箱故障及维修记录 186
9.2.3 现场技术人员的信息输入 186
9.3 齿轮箱特征频率分析 188
9.4 振动监测系统数据库设置 189
9.4.1 建立齿轮箱故障诊断程序树型结构 190
9.4.2 建立机器图 191
9.4.3 数据库设置 192
9.5 振动监测系统搭建 198
9.6 振动信号采集及故障分析 201
9.6.1 振动信号采集 201
9.6.2 故障分析 204
10 轨道交通齿轮箱状态监测及故障诊断应用实例 208
10.1 地铁齿轮箱振动分析案例 208
10.1.1 地铁齿轮箱振动试验 208
10.1.2 振动试验结果及分析 209
10.1.3 地铁齿轮箱振动特征 217
10.2 动车组齿轮箱振动分析案例 217
10.2.1 概述 217
10.2.2 参数计算 218
10.2.3 试验结果 220
10.2.4 结果分析 226
10.3 地铁齿轮箱模态分析 226
10.3.1 概述 226
10.3.2 齿轮箱基本结构 227
10.3.3 模态试验理论 228
10.3.4 箱体模态测试和分析 229
附录A 在线监测分析系统 236
A1 SKF 236
A1.1 SKF IMX-P测试系统 236
A1.2 SKF@ptitude Observer分析软件 238
A2 LMS 238
A2.1 LMS SCADAS数据采集前端 239
A2.2 Test.Lab Desktop-Standard分析软件 242
A3 NI 243
A4 B＆K 246
A4.1 LAN-XI——新一代采集硬件 246
A4.2 PULSE Reflex软件 249
A5 Commtest 251
A6 CRYSTAL instruments(CI) 254
A7 东华 257
附录B 风电齿轮箱振动分析案例 260
B1 齿轮箱故障类型及振动频率组成部分 260
B1.1 故障类型 260
B1.2 振动频率组成部分 261
B2 风电增速齿轮箱特征频率 261
B2.1 齿轮特征频率 261
B2.2 轴承缺陷特征频率 262
B3 风电增速齿轮箱振动测试及分析 263
B3.1 共振点扫描分析 263
B3.2 加速度信号分析 265
B3.3 速度信号分析 267
B3.4 拍频振动分析 269
B4 结果分析 270
参考文献 272