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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 SKF236

A1.1 SKF IMX-P测试系统236

A1.2 SKF@ptitude Observer分析软件238

A2 LMS238

A2.1 LMS SCADAS数据采集前端239

A2.2 Test.Lab Desktop-Standard分析软件242

A3 NI243

A4 B＆K246

A4.1 LAN-XI——新一代采集硬件246

A4.2 PULSE Reflex软件249

A5 Commtest251

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