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说说振动信号的调制问题,多数调制现象都在这里了

2017-12-15 10:10| 发布者: weixin| 查看: 3716| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 。振动分析里主要还是幅值调制,频率调制也有,信号里不容易看出来。
  调制的定义网上有,幅值调制、频率调制、相位调制。振动分析里主要还是幅值调制,频率调制也有,信号里不容易看出来。扭振其实是对转速的调制,测量扭振就是对转速信号解调,这个就不细说了。

  1、齿轮偏心
  齿轮啮合,产生如下图啮合频率(载波)的振动。
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  载波信号

  实际上波形不会是严格的正弦波,所以频谱中会有啮合频率谐波。

  各个齿均匀磨损时,啮合造成的振动波形更偏离正弦波,频谱中啮合频率谐波的幅值更高。如果一边齿轮安装偏心,齿轮不绕其圆心旋转,每转一周两个齿轮的间距远近变化一次,齿轮啮合力的大小就会按正弦波波动一次,波形如下图。
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  调制信号(连续信号)

  啮合力波动,产生的振动幅值波动,波形中各点幅值等于上面两个波形各点的值相乘,如下图。
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  调幅(AM)

  啮合力波动,但不会降到0,所以实际波形中啮合峰值最小值也不会到0。

  调制信号的频谱是载波频率两端加减调制频率处有谱峰。这里的啮合频率就是载波频率,也叫中心频率,两端的谱峰叫它的边带,即常说的啮合频率带转频边带。
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  a 单频调制信号频谱
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  b 载波信号频谱
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  c 调幅信号频谱

  由于实际的啮合波形不是正弦波,被调制后在频谱中啮合频率的谐波处也会出现一样的边带。

  2、齿不均匀磨损
  齿有不均匀磨损时,各个齿啮合力大小不一样,但又不会正好按正弦规律变化,啮合力的波形就是一个周期信号,波形频谱类似下图。
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  周期振动

  啮合振动的波形就是各齿啮合的峰值大小按周期波动,等于各齿均匀结合的波形乘以啮合力的波形。频谱中啮合频率两边的边带也不止一根,而是变成一组间隔是转频的谱峰,类似啮合频率加减上图周期振动的频谱。示意图如下。
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  3、齿轮箱状态的判断
  啮合力的大小直接受负荷的影响,负荷越大,啮合力越大,造成的振动就越大,因此在负荷波动的齿轮箱上,靠振动总值加趋势判断其状态就很困难,必须去掉负荷波动的影响。可以筛选固定负荷(比如额定负荷)的数据来看趋势。

  波形中各啮合峰值在一个转频周期内的波动,代表了各个齿啮合状态的不同,因此波动的大小可以直接表明问题的严重程度。在频谱里啮合频率两端边带的大小和数量,更能代表齿轮箱的状态。

  4、轴承内环缺陷
  在轴承旋转过程中,滚动体不是一直承受相同载荷的,转到不同角度受力不一样。水平安装的设备,转子重量向下压,轴承载荷区在下部,如下图。(在负载区滚动体推着保持架向前,在非负载区则是反过来的,中间的各种受力变化很有意思,可以了解下)
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  深沟球轴承的径向载荷分布
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  a 转动圈各点及滚动体的径向载荷及应力分布
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  b 固定圈各点径向载荷及应力分布

  轴承内环故障特征频率,就是转子每转一周滚动体通过内环上的缺陷产生冲击的次数乘以转频,大约是滚动体数乘以0.6倍转频,也就是说转子每转一周,会有0.6N个滚动体经过内环上的缺陷产生冲击(N是单列的滚动体数)。由于缺陷转到不同角度和滚动体接触时的受力不一样,产生的冲击幅值以转频为周期波动。
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  内环产生的振动是冲击,不是正弦波,其频谱是内环故障频率及其谐波。冲击幅值以转频波动,即被转频调制,所以频谱中的内环频率及其谐波都会带转频的边带。内环频率就是中心载波频率。

  简单说:

      · 调制里只有一个高频的力。

      · 这个力的幅值大小随一个低频参数的变化波动。


      · 高频信号的峰值连线就是低频参数波动的波形。


      · 调制后的频谱是高频信号谱峰加减低频波形的频谱。


      · 调制波形和频谱的出现,说明以低频信号旋转的部件造成了高频力的不均匀,问题出在这个低频旋转部件上。


      · 波形的波动幅度和边带的数量已经幅值代表了缺陷的严重程度。

  5、外环故障频率被转频调制
  由于外环不像内环一样跟着轴一起转,缺陷位置不动,各个滚动体通过外环上缺陷的时候产生的冲击应该一样,振动会是这样的:
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  但也有外环故障频率被转频调制的情况,这是为什么呢?

  不转的外环缺陷产生的振动被转频调制,说明滚动体通过外环缺陷产生的冲击力随轴旋转波动,每周波动一次,这应该是比较大的不平衡力引起的。内环缺陷振动被转频调制,是因为转子旋转到不同角度时缺陷处的转子重量载荷不同。对外环缺陷来说,转子重量引起的缺陷处的载荷是固定的。转子不平衡力的旋转使外环受到转频的周期性载荷,外环上缺陷处受的作用力以转频波动。不平衡力相对于转子重量对外环缺陷点的作用力足够大时,产生明显的转频调制。离心力是转频正弦波,这种调制应该只有一阶转频边带。

  6、二倍转频调制
  按上面的思路,不对中的作用力也可能使外环缺陷处的载荷产生2倍频的波动,两倍转频也可能调制外环故障频率,哪位测到的话可以共享个波形频谱图出来。

  实际上齿轮不对中时,会使两倍啮合频率更高,并且带两倍转频的边带,就是不对中使啮合力按两倍转频波动。
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  2X低速齿轮转速的边带

  下图是实际测到的,两倍转频边带幅值不太大,但明显比一倍频边带大。
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  2X低速齿轮转速的边带

  7、保持架边带
  轴承故障频率还经常被保持架频率调制。FTF保持架故障频率是保持架的旋转频率,也就是滚动体绕轴公转的频率,大约是0.4倍轴转频。FTF调制说明轴承故障冲击幅值以保持架频率波动,即被调制的轴承故障(内环或外环)产生的冲击力随保持架旋转到不同角度时冲击力不一样,说明保持架本身的特性是不均匀的,即保持架产生了变形等故障。

  下图是0.4倍频调制4.8倍频的波形。
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  8、极通过频率
  鼠笼电机转子断条时,会在转频处产生极通过频率的边带。极通过频率,是电机极数乘以滑差频率。

  极通过频率是怎么产生的?定子中的磁场是以50Hz旋转的,空载时转子基本以同步转速(2*50Hz/极数)旋转,由于负载的存在,实际转速低于电机同步转速,定子和转子中磁场旋转速度的差就是滑差。滑差频率就是定子磁场和转子磁场相对旋转一周的频率。相对旋转的磁场每通过一对电极产生一次振动,因此故障时会产生极通过频率(滑差频率乘以极数)的振动和调制。
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  来源:mirook聊振动(ID:mirook)
  作者:王少锋 声振论坛会员

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