利用功率谱分析抛光机磨头的故障.docx

1、利用功率谱分析抛光机磨头的故障利用功率谱分析抛光机磨头的故障 摘要本文以某陶瓷机械厂抛光机的关键工作部件磨头的振动机理为基础，对磨头振动信号进行了采集并采用功率谱分析的方法找出了磨头振动的主要原因。试验表明，功率谱分析是抛光机磨头故障诊断的一种有效方法。 关键词抛光机,磨头,故障诊断,功率谱分析 1前言 磨头是抛光机中的关键性工作部件，它的工作状态直接影响到加工工件的质量。目前抛光机存在的主要问题是磨头振动过大，易造成整台设备的振动和噪声，也使得加工工件的质量不稳定。本文根据抛光机磨头的工作原理，对信号进行了功率谱分析，找出了磨头振动过大的主要原因。 2磨头的振动机理 抛光机在工作时，磨头电机

2、输出转距依次通过皮带轮、轴、连轴器、齿轮等来带动凸轮作回转运动。凸轮通过滚轮对主动摆杆施加运动。一方面，由于凸轮的展开曲线为波浪形曲线，它的高、低点之间有高度差，使得凸轮压迫滚轮在垂直方向作往复直线运动；另一方面，由于主、从动齿轮之间存在转速差，使得凸轮与主动摆杆、滚轮之间存在转速差，即凸轮与滚轮之间存在相对转动。这两个分运动使得主动摆杆一边绕主轴作回转运动，一边绕摆杆轴作摆动，并带动被动摆杆以及六个磨块、磨块座作同样的摆动和回转运动。由于凸轮的曲线设计不合理，凸轮与滚轮接触时有径向滑移，以及摆杆的加工精度没有达到设计要求，导致凸轮曲面与滚轮接触时动态不平衡，最终导致磨块在磨削工件时的动态不平

3、衡。 3磨头振动测试系统的组成 3.1 硬件组成 (1) 信号获取部分 加速度传感器 获取检测点的振动信号，并将测得的物理量转换为电量 电荷放大器 将电量进行放大 磁带记录仪 将电荷放大器输出的信号记录下来 频谱分析仪 在现场对信号进行监测，也可以对信号进行FFT、时域、频域分析 （2） 信号处理及故障诊断部分 波谱仪 对信号进行A/D转换，进行FFT相关分析、谱分析等 计算机 应用matlab语言对信号进行各种运算、分析和显示运算结果 3.2 软件组成 （1） 信号采集处理软件：本试验采用Vibsys振动信号采集、转换、处理和分析软件，采集合适的信号样本，提取故障特征信息，对其进行各种分析处

4、理。 （2） 故障诊断软件：用matlab语言编程，建立图形用户界面，对采集的数据进行计算和分析。 4新磨头和故障磨头的振动测试 主要研究试验磨机的新磨头和故障磨头分别在2kg和4kg压力下的工作状态。传感器的位置分布如图2所示。 5磨头故障分析 用Welch法估计功率谱密度，它是用改进的平均周期图法来求取随机信号的功率谱密度。现场监测表明：在04kHz的频率范围内集中包含了磨头振动信号的信息。根据采样定理，对新磨头采用8kHz的频率进行采样，结果如图3、图4所示。 由图4 可见，新磨头的振动能量主要集中在800Hz以下，因此取分析频率范围01000Hz，采样频率为2000Hz重新进行分析。

5、图5、图6为新磨头分别在4kg、2kg压力下的标准自功率谱图。在不同的工作压力下，功率谱图在约2Hz处均有峰值，与凸轮、滚轮冲击频率相吻合；此外,峰值较小，表明新磨头的凸轮与滚轮的运动冲击不明显。 有关文献指出2，齿轮传动信号频谱中，可能出现齿轮啮合频率及其谐频。经计算齿轮的啮合频率为321.17Hz，轴频为7.83Hz，可能出现的谱峰值有：啮合频率1倍轴频329.00Hz，对应图中的328.92Hz；啮合频率3倍轴频344.66Hz，对应图中的343.75Hz，以及它的2倍倍频成分687.50Hz。上述峰值较小，表明齿轮工作状态良好。 由于交流电产生的工频信号为50Hz，图中50.89Hz、

6、50.76Hz、101.56Hz、150.72Hz、201.34Hz、250.00Hz、300.78Hz分别约为工频的16倍，这些信号是电磁干扰信号。 图7、8是故障磨头在4kg、2kg压力下的波形图。由图可以看出：故障磨头的波形为梳齿状冲击信号，波形明显不同于正常磨头。对故障磨头作功率谱图分别如图9和图10所示。 由图中可见：不同工作压力下的故障磨头的功率谱在2Hz处均有较大峰值，约等于凸轮与滚轮的冲击频率，反映凸轮与滚轮的冲击振动是磨头的主要故障源。为此对磨头进行解体，经检查发现，凸轮端面与滚轮接触处形成的轨迹有一道很深的压痕，证实了凸轮摆动机构的运动存在较大的冲击。 问题的症结发现以后，

7、通过对凸轮曲线进行改进设计，同时重点对摆杆的加工工艺进行了改进，由原来的立式钻床加工改为数控机床加工，减小了摆杆的形位公差，保证了凸轮摆杆机构的装配精度。改进后的抛光机磨头运行时振动和噪声大幅度降低。 6结论 （1） 对合格新磨头与故障磨头在试验磨机上进行了振动对比实验。合格的新磨头，其振动信号在时域内正负对称，无低频成分；在频域内，其频率成分在高频部分。 （2） 故障磨头的振动信号，时域内正负不对称，冲击较强、呈梳齿状。当压力为2kg时，冲击表现出断续的特点；当工作压力较大时（4kg），振动出现约2Hz的低频信号。在频域内，低频（2Hz）信号的能量相对高些，但整个谱图能量分布在1Hz内，反映了冲击信号的特点。 （3） 分析表明：凸轮与主动摆动杆滚轮的冲击频率约为2Hz，它与故障磨头振动的高能量低频信号相吻合，说明故障磨头的凸轮摆动机构制造或装配不理。通过对凸轮曲线进行改进设计、提高摆杆的加工精度后，在消除振动和降低噪音方面取得了很好的效果。 参考文献 1 陈克兴.设备状态监测与故障诊断技术M，北京：科学技术出版社，1990 2 孔繁森,陈如恒，李福海.三缸泵动力端的振动监测与故障诊断(一)振动状态的模糊估计与功率谱分析J.石油矿场机械，1996（25）：1925