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航空航天

宇航员超重训练设备振动测试报告

一、概述

       宇航员超重训练设备结构如下图所示,设备由直流电机、减速箱、支撑轴承箱、旋臂、超重仓组成,该设备1999年投入使用,近期在设备启动升速过程中时有振动异常现象发生,达到一定转速后设备运行正常,应602所的要求,我公司于2005年11月23日对该设备进行了测试,具体测试过程如下:

图1   超重训练设备结构简图

二、测试过程

       分别在1#、2#、3#轴轴承座水平径向布置加速度传感器,2005年11月24日上午,设备先后共启动四次,只在第一次启动时振动出现异常,第一次设备运行从启动到停止时域波形见图2,从图中可以清楚地看到此次电机启动后的9s内振动出现异常,之后设备随着转速的升高,振动略有增大,到稳定工作转速设备振动趋于平稳,电机断电后,随着转速的降低,振动降低。分别对振动异常段和平稳运行段进行时域波形和频谱分析,结果如下:

图2  超重训练运行过程振动时域波形

       振动异常段时域展开图和频谱图见图3,从时域展开图中我们可以清楚地看到在一高频振动的波形上叠加了一个低频振动,该低频振动的周期从时域上看接近0.05s, 从频域上看该低频振动频率为21.25Hz, 高频振动的频率在193.125Hz,而且振动频率和振动的大小不随转速的升高而改变,这说明这两个频率极有可能是设备某组成部件的固有频率,经核实21.3Hz为旋臂部分的二阶固有频率,说明在启动后设备发生了共振。

图3 启动后振动异常振动时域展开图和频域图

       达到稳定转速后,1#、2#、3#轴轴承座处振动时域和频域图见图4、图5、图6,此时电机的转速(设定值)为399.1rpm(6.65Hz), 一级齿轮啮合频率139.7Hz,2#轴转动频率 1.79Hz,二级啮合频率34.03Hz,3#轴转动频率0.3473Hz,从图中我们可以清楚地看到139.375Hz的啮合频率及其2、3、4倍频成分,其中1#轴轴承座处2倍频成分高于1倍频,说明一级啮合存在一定的问题,但并不是引起振动异常的主要原因,建议加强监测,以掌握齿轮箱劣化的趋势。

图4 稳定转速速运转时1轴轴承处振动时域和频域图

图5   稳定转速运转时2轴轴承处振动时域和频域图

图6   稳定转速运转时3轴轴承处振动时域和频域图

三、振动原因分析

       我们先了解一下旋臂支撑轴承箱的结构,结构简图如下图7,轴承箱内有上下两个轴承,上轴承为滚珠轴承,主要是径向定位,下轴承为推力轴承,该轴承承受旋臂、超重仓和轴的重量(重量在2000kg左右),由于负荷大,该轴承各部件易疲劳损伤和点蚀,在电机启动瞬间轴带动轴承内圈先动,内圈带动滚柱在外滚道上滚动,一旦产生相对滑动,极易引起摩擦共振,从而激起轴承部件和旋臂的共振,而在启动的初期需要克服很大的静摩擦力轴承才能正常运转,因此打滑的概率比较高,而一旦运转起来,打滑的概率很低,不会引起摩擦共振。

图7  轴承箱结构简图

四、结论

       超重训练设备振动异常的主要原因初步诊断为支撑轴承箱推力轴承存在缺陷所致,致使在启动后滚动轴承有时出现滑动引起摩擦共振,建议先对轴承箱进行开箱检查以验证上述结论的正确与否。