某型船用传动齿轮箱振动模态的试验与分析

舰船齿轮箱不仅要求传递功率大、体积小、重量轻,还要求其振动小、噪声低[1 ] ,齿轮箱能否正常工作会影响整个系统的工作特性,齿轮箱本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生舰船辐射噪声的主要根源,继而直接影响舰船的战斗力。某型舰船的多输入双级传动齿轮箱存在着较大的振动和噪声,表现为振动量级超大和有啸叫声,这一现象在其它同型齿轮箱中少见,通过对该型舰船齿轮箱箱体的模态对比测试,测试结果发现了某型舰船齿轮箱产生噪声振动的故障原因,并采取了相应的措施,排除了故障。 1 齿轮箱的振动信号分析 从故障齿轮箱中录取信号,经数字信号分析,从中提取故障信息,是机器设备状态监测和故障诊断的有效方法[2 ,3 ] 。振动信号的结构成分反映齿轮箱的振动特征及故障性质。为此,通过对同型的两座齿轮箱的振动信号的拾取及分析对比,查找齿轮箱的主要故障源及其传递途径。 在齿轮箱上共布置了六个测点,测点布置在齿轮箱体罩壳轴承测温计的凸台上,测点如图1 所示。 图1 齿轮箱测点布置

同时,还用声级计测试空气噪声,并分析其频谱,比较其与箱体振动的相关性。主要测试仪器有: Kistler 8702250 加速度传感器、Kistler 5124A 放大器、TEAC TD2135 T 数据记录仪、HP25670 动态信号分析仪和QUEST MODEL 1800 声级计。从齿轮箱的振动频谱图分析,其振动频谱的主频率为二级齿轮副的啮合频率及其倍频。而空气噪声频谱的主频率与振动频谱的主频率一致,也是二级齿轮副的啮合频率。由此可以断定齿轮箱的异常齿轮箱的异常噪声来源于齿轮机组的异常振动。从故障齿轮箱的加速度振动幅值(见图2) 和正常齿轮箱的加速度振动幅值(见图3) 比较来看,故障齿轮箱上的23 # 轴承处振动强烈和噪声较大,该轴承为齿轮箱的主监控测点。齿轮箱振动的原因可能是在齿轮啮合传动中,当齿轮、轴承存在集中缺陷、分布缺陷或齿轮所在轴弯曲时,将产生转频调制啮合频率的现象。如果轴严重弯曲或者齿轮或轴承严重故障而导致振动能量异常大时,齿轮啮合传动中的异常振动会激励起传动箱体的固有频率。另外,齿轮箱体本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生辐射噪声的主要根源,有必要对齿轮箱进行模态试验与分析。 图2 故障齿轮箱振动加速度

图3 正常齿轮箱振动加速度

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