齿轮故障诊断课件整理

齿轮故障诊断齿轮故障诊断12023/1/4齿轮故障诊断2本章内容一、齿轮传动1.齿轮传动类型2.齿轮系3.齿轮传动特点二、齿轮主要失效形式1.轮齿折断2.轮齿表面的失效三、齿轮设计准则四、齿轮材料及其选择原则五、齿轮传动中其他影响因素六、齿轮传动中振动信息1.啮合频率及其谐频2.隐含成分3.边频带4.附加脉冲5.齿轮、轴等零件的谐振频率6.交叉调制成分七、齿轮故障诊断技术1.时域波形法2.时域参数分析法3.频谱分析法4.细化分析5.倒频谱分析法6.瞬间频率波动分析八、实例分析2022/12/15齿轮故障诊断2本章内容一、齿轮传动六、齿22023/1/4齿轮故障诊断3一、齿轮传动齿轮传动是常用的一种传动方式在旋转机械中其故障约占10%有各种分析方法来诊断齿轮故障有各种诊断仪器来帮助诊断故障新技术还在发展中2022/12/15齿轮故障诊断3一、齿轮传动齿轮传动是常用32023/1/4齿轮故障诊断4新技术还在发展中 10-3 10-4 10-5 10-6

CriticalDimentions(m)MiniatureMachiningMesoMachining&LIGASiSurfaceMicromachining2022/12/15齿轮故障诊断4新技术还在发展中 10-42023/1/4齿轮故障诊断5标准渐开线齿轮啮合图2022/12/15齿轮故障诊断5标准渐开线齿轮啮合图52023/1/4齿轮故障诊断61.齿轮传动类型齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动直齿轮斜齿轮圆锥齿轮交错轴斜齿轮蜗轮蜗杆外啮合内啮合齿轮齿条平行轴斜齿轮人字齿轮常用齿轮传动机构oftenusedgearmechanism直齿轮传动spurgear斜齿轮传动helicalgear人字齿轮传动doublehelicalgear内直齿轮传动internalgear直齿锥齿轮传动bevel曲齿锥齿轮传动spiralbevelgear齿轮齿条传动rackandgeartransmission2022/12/15齿轮故障诊断61.齿轮传动类型齿轮传动62023/1/4齿轮故障诊断7外啮合直齿轮内啮合直齿轮(1)两轴线平行的圆柱齿轮机构2022/12/15齿轮故障诊断7外啮合直齿轮内啮合直齿轮(72023/1/4齿轮故障诊断8斜齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮齿轮齿条传动2022/12/15齿轮故障诊断8斜齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮82023/1/4齿轮故障诊断9蜗轮蜗杆传动两轴相交错的斜齿圆柱齿轮机构(2)相交轴齿轮传动直齿圆锥齿轮传动(3)交错轴的齿轮机构2022/12/15齿轮故障诊断9蜗轮蜗杆传动两轴相交错的斜92023/1/4齿轮故障诊断10由一系列齿轮组成的传动称为齿轮系。2.齿轮系2022/12/15齿轮故障诊断10由一系列齿轮组成的传动称102023/1/4齿轮故障诊断11122'344'5定轴轮系：当齿轮系转动时，若其中各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不动的。齿轮系分类(1)定轴轮系2022/12/15齿轮故障诊断11122'344'5定轴轮112023/1/4齿轮故障诊断12

行星轮系：当齿轮系转动时，若其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的固定几何轴线运动。H123(2)行星轮系2022/12/15齿轮故障诊断12行星轮系：当齿轮系转动122023/1/4齿轮故障诊断13复合轮系:既有行星轮系又有定轴轮系或有若干个行星轮系 组合而成的复杂轮系。12'34H2(3)复合轮系2022/12/15齿轮故障诊断13复合轮系:既有行星轮系132023/1/4齿轮故障诊断143.齿轮传动特点可以传动空间任意轴间的运动与动力传动准确、平稳、效率高工作安全、可靠，使用寿命长齿轮传动机构应用于各行各业动力传递、运动分解、运动合成2022/12/15齿轮故障诊断143.齿轮传动特点可以传142023/1/4齿轮故障诊断15轮齿折断齿面损伤点蚀胶合齿面磨损塑性变形过载折断弯曲疲劳折断二、齿轮的主要失效形式轮齿损伤比例损伤类型断齿点蚀划痕磨损其它比例(%)4131101082022/12/15齿轮故障诊断15轮齿折断点蚀过载折断二、152023/1/4齿轮故障诊断161.轮齿折断Fn现象:一个齿或多个齿的整体或局部断裂。折断发生在齿根处。原因：齿根弯曲应力大；齿根应力集中。措施：材料及热处理 增大模数 增大齿根圆角半径 消除刀痕、喷丸、滚压处理 增大轴及支承刚度(1)过载折断由于短时、过大或受到冲击载荷。无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。2022/12/15齿轮故障诊断161.轮齿折断Fn现象:16较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。主动轮：Ff背离节线，齿面产生凹沟；注：1200Hz之所以有这么高幅值是由于该频率与低速轴齿轮固有频率相同，是啮合频率激发了该齿轮共振。增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。齿轮传动机构应用于各行各业动力传递、运动分解、运动合成载齿根处施加适当的强化措施，使表面产生残余压应力，不易产生裂纹二、齿轮的主要失效形式↑表面光洁度，应力集中源。它们并不独立，只有那些基本成分改变时才会有所改变，一般不用考虑和分析它。六、齿轮传动中振动信息是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。两轮齿齿根部，相对速度过大，故向齿根扩展。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。实验时间总共84Hrs。而RMS值及峰值在74小时无明显，在84小时时也还很小。(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。基带分析与细化分析比较2023/1/4齿轮故障诊断171）折断机理：受到重复载荷后，齿根处产生裂纹，并逐步扩展，当载荷的循环次数达到一定时，致使轮齿折断。判断：断裂处分为光滑区核晶粒粗糟区。2）弯曲折断实例(3)提高抗折断措施增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中↑支承及轴的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀增大轮芯的韧性，↑抗弯能力载齿根处施加适当的强化措施，使表面产生残余压应力，不易产生裂纹(2)弯曲疲劳折断较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。2022/172023/1/4齿轮故障诊断18(1)磨损磨料磨损：研磨磨损：外界的硬屑粒进入啮合面，多发生在开式传动。啮合面间的相互摩擦，由于齿轮啮合时除节点外，其他部分均存在相对滑动。2)磨损实例1)分类2.轮齿表面的失效2022/12/15齿轮故障诊断18(1)磨损磨料磨损：外182023/1/4齿轮故障诊断194)措施开式改闭式传动加润滑油并常更换↑齿面硬度采用适当的组合材料3)原因：相对滑动齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成正比，由于齿面上不同位置处的相对滑动量不同，所以磨损量也不同。(1)磨损齿面不均匀磨损，使磨损后齿形发生变化，不再满足恒定传动比传动条件，造成传动比不稳定，引起附加动载荷。齿面磨损使齿厚减薄，使齿根的抗弯曲疲劳强度降低，并使齿轮最终表现为齿根减薄后的弯曲疲劳折断。2022/12/15齿轮故障诊断194)措施3)原因：相192023/1/4齿轮故障诊断20齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。1）点蚀机理由于交变的接触应力作用产生疲劳裂纹，而当润滑油进入裂纹时，由于是压力油，又会使裂纹扩展，最后形成片状脱落。2）现象：点蚀发生的部位一般发生在靠近节线的齿根面上。(2)点蚀2022/12/15齿轮故障诊断20齿面材料在变202023/1/4齿轮故障诊断21(2)点蚀节点附近，相对滑动速度小，不利于油膜形成，润滑不良，摩擦力大；特别是直齿轮，节点附近为单齿啮合区，轮齿受力最大；两轮齿齿根部，相对速度过大，故向齿根扩展。3)原因4）措施↑表面硬度，以↑轮齿抗点蚀能力；加润滑油，以

Ff，并且↑油的粘度，不易侵入裂纹；采用变位齿轮(增大综合曲率半径)，H；↑表面光洁度，应力集中源。2022/12/15齿轮故障诊断21(2)点蚀节点附近，相212023/1/4齿轮故障诊断22相啮合的齿面在高速、重载下，使金属从齿面撕落而引起的一种严重粘着磨损现象。(3)胶合1）原因高速重载齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑差，两齿面会粘在一起，同时，两齿面又存在相对运动，因此粘住的地方被撕裂，形成伤痕。较软的被较硬的撕下；齿面越软，越易发生胶合。2022/12/15齿轮故障诊断22相啮合的齿222023/1/4齿轮故障诊断23(3)胶合2）措施采用角变位齿轮，降低齿高；以↓滑动系数；采用小模数，以↓相对滑动速度；采用抗胶合好的润滑油、齿轮副材料(相同的材料胶合的可能性大)、专门的添加剂；↑光洁度，以↓Ff；材料的硬度及配对。2022/12/15齿轮故障诊断23(3)胶合2）措施232023/1/4齿轮故障诊断24齿轮传动时，由于齿轮材料较软，则在过大应力作用下，齿面材料因屈服产生塑性流动，而形成齿面的塑性变形。(4)塑性变形从动轮主动轮2022/12/15齿轮故障诊断24齿轮传动时，242023/1/4齿轮故障诊断25(4)塑性变形2)措施↑齿面硬度，↓减小接触应力，↓塑变；↑油的粘度，以利于油膜形成，改善润滑，↓Ff。1)形成机理：重载，齿面软。主动轮：Ff背离节线，齿面产生凹沟；从动轮：Ff朝着节线，齿面产生凸棱。2022/12/15齿轮故障诊断25(4)塑性变形2)措252023/1/4齿轮故障诊断26弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮主要失效形式总结。。。。。。。。。。现象与原因？改进措施？2022/12/15齿轮故障诊断26弯曲折断点蚀胶合磨损塑性26Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波a)正常齿轮时域平均信号基带分析与细化分析比较TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。倒频谱Cepstrum和σ为分布函数直齿锥齿轮传动bevel齿轮、轴等零件的谐振频率倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。(2)正偏倚，峰凸度大。无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。因此，对齿轮故障的判断较多地采用频谱分析法。(3)不同激励能量有不同的调制振动：↑表面光洁度，应力集中源。判断：断裂处分为光滑区核晶粒粗糟区。球磨机联轴结处轴承座

测点频谱图d)齿断裂(有突跳)增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中啮合频率fm两侧有一簇边频带，谱线间隔即故障特征频率fc，它等于齿距一个变化周期的倒数，即(a)齿距周期性变化产生调频信号2023/1/4齿轮故障诊断27对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。三、齿轮设计准则Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波2022/12/15齿轮故障诊断272023/1/4齿轮故障诊断28四、齿轮材料及其选择原则1.对齿轮材料性能的要求

齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。2.常用齿轮材料

钢锻钢铸钢碳钢合金钢除尺寸过大，或结构复杂者，一般常用。铸铁非金属材料较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。适用于高速、轻载及精度不高的场合。用于尺寸较大，结构复杂者。2022/12/15齿轮故障诊断28四、齿轮材料及其选择原则282023/1/4齿轮故障诊断29五、齿轮传动其他影响因素制造的质量问题装配的质量问题安装的质量问题2022/12/15齿轮故障诊断29五、齿轮传动其他影响因素292023/1/4齿轮故障诊断30六、齿轮传动中振动信息啮合频率及其各次谐波隐含成分啮合频率及其它一些高频成分两侧的，由于故障调制效应产生的边频带旋转轴工作频率及其低次谐频。这是由于某种附加冲击脉冲而引起的冲击振动齿轮、轴等零件的谐振频率交叉调制成分2022/12/15齿轮故障诊断30六、齿轮传动中振动信息啮302023/1/4齿轮故障诊断311.啮合频率及其谐频2022/12/15齿轮故障诊断311.啮合频率及其谐频312023/1/4齿轮故障诊断32啮合频率fmN—齿轮轴转速Z—齿轮齿数两齿轮啮合时产生振动，振动频率称为啮合频率2022/12/15齿轮故障诊断32啮合频率fmN—齿轮轴转322023/1/4齿轮故障诊断332.隐含成分减速机齿轮箱频谱(a)新齿轮振动频谱(b)运行1月后振动频谱由齿轮加工机床分度齿轮带来的周期性缺陷，对应于齿轮滚齿机工作台分度蜗轮的啮合频率。特点：(1)不受载荷变化的影响；(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。(鬼线,GhostComponent)啮合频率成分上升5dB,隐含成分下降5dB,反映齿廓磨损情况。2022/12/15齿轮故障诊断332.隐含成分减速机齿轮332023/1/4齿轮故障诊断34调制现象幅值调制频率调制原理：3.边频带2022/12/15齿轮故障诊断34调制现象幅值调制原理：3342023/1/4齿轮故障诊断35例如：一个轮齿上的局部缺陷就相当于齿轮每转一周产生一个脉冲激励，齿轮的啮合频率被一个短的周期脉冲所调制，在频谱中表现为在啮合频率两侧有大量的边频带，其幅值较低，且分布均匀而平坦。(1)局部缺陷幅值调制2022/12/15齿轮故障诊断35例如：一个轮齿上的局部缺352023/1/4齿轮故障诊断36是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。因此，它在频域中表现为在啮合频率两边产生了一簇幅值较高、起伏较大、分布较窄的边频带。(2)均布缺陷幅值调制2022/12/15齿轮故障诊断36是指比较均匀分布的缺陷，36实验时间总共84Hrs。除尺寸过大，或结构复杂者，一般常用。六、齿轮传动中振动信息d)齿断裂(有突跳)几何轴线绕另一齿轮的固定几何轴线运动。Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。b)反之，σ愈大，p(x)减小缓慢，曲线平坦；开式齿轮支撑轴承处测点频谱图平均数x3—表示分布重心。倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。↑齿面硬度，↓减小接触应力，↓塑变；减速箱输出轴处测点频谱图实验时间总共84Hrs。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。二、齿轮的主要失效形式工作安全、可靠，使用寿命长平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。实验时间总共84Hrs。2023/1/4齿轮故障诊断37边带现象调频效应是由于齿距周期性变化、速度变化及不对中引起的。事实上，一个齿轮上的载荷发生波动就会引起速度的波动，所以，常常在调幅的同时也必然会产生频率调制效应，调频的结果，同样引出一簇边频带，其间距的含义与调幅时相同。频率调制实验时间总共84Hrs。2022/12/15齿轮故障诊断37372023/1/4齿轮故障诊断38啮合频率fm两侧有一簇边频带，谱线间隔即故障特征频率fc，它等于齿距一个变化周期的倒数，即

fc=1/tc调频效应齿轮调频信号(a)齿距周期性变化产生调频信号(b)频谱图频率调制2022/12/15齿轮故障诊断38啮合频率fm两侧有一簇边382023/1/4齿轮故障诊断39齿轮振动信号的共振调制有故障就有调制出现。实例：某增速机实测啮合频率fm=1200Hz(齿轮固有频率同)，故障为轴频f0。拆检：齿轮普遍轮齿节线附近有严重剥落。注：1200Hz之所以有这么高幅值是由于该频率与低速轴齿轮固有频率相同，是啮合频率激发了该齿轮共振。2022/12/15齿轮故障诊断39齿轮振动信号的共振调制有392023/1/4齿轮故障诊断40激励能量对不同调制振动的影响(1)由轴弯曲和齿轮本身存在的缺陷和故障均可产生调制现象；(2)调制的载波频率有三种：a)啮合频率及其高次谐波b)齿轮谐振频率c)箱体谐振频率(3)不同激励能量有不同的调制振动：a)故障较轻，如轻微的轴弯曲或面积小、数量少的齿面点蚀—啮合频率为载频，轴频为调制频率；b)故障较严重、激振能量较大时—齿轮本身的谐振频率为载波频率；c)故障非常严重、激励能量非常大时—箱体固有频率为载波频率。2022/12/15齿轮故障诊断40激励能量对不同调制振动的402023/1/4齿轮故障诊断414.附加脉冲实测信号不对称于零线时，可分为对称于零线的调制部分和附加脉冲部分。频谱上附加脉冲部分为回转频率及其谐波，频率较低。平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。2022/12/15齿轮故障诊断414.附加脉冲412023/1/4齿轮故障诊断425.齿轮、轴等零件的谐振频率在很多情况下，齿轮或齿轮箱在承载运行中，由于其它激振力而引起了齿轮、轴或轴承内、外圈滚动体等零件的谐振。在频谱图上出现某些高峰值，也不对应某些特征频率，则这些频率可能是某零件的谐振频率，因此需在做谱分析前，通过计算获得其谐振频率数值，结合频谱才能做出准确判断。2022/12/15齿轮故障诊断425.齿轮、轴等零件的谐422023/1/4齿轮故障诊断43在齿轮箱振动的频谱中还会出现一些其它的成分，这些频率成分大都是由上述的基本成分互相调制而成的，它表现为一些频率的和频及差额。它们并不独立，只有那些基本成分改变时才会有所改变，一般不用考虑和分析它。但了解这些成分的存在及其含义，有利于我们去观察和分析齿轮的信号，取其特征，舍去一般。6.交叉调制成分2022/12/15齿轮故障诊断43在齿轮箱432023/1/4齿轮故障诊断44七、齿轮故障诊断技术1.时域波形法2022/12/15齿轮故障诊断44七、齿轮故障诊断技术1.442023/1/4齿轮故障诊断452.时域参数分析法峰值均方根值脉冲指标裕度指标歪度指标峭度指标无量纲指标峭度为4次矩，数据较突出，是评价信号冲击大小或波形尖峭程度重要指标。2022/12/15齿轮故障诊断452.时域参数分析法峰值452023/1/4齿轮故障诊断463.频谱分析法由于时域信号受各种因素影响较大，波形复杂，难以清晰地判别。因此，对齿轮故障的判断较多地采用频谱分析法。2022/12/15齿轮故障诊断463.频谱分析法46原因：齿根弯曲应力大；齿轮齿条传动rackandgeartransmission齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成正比，由于齿面上不同位置处的相对滑动量不同，所以磨损量也不同。平面齿轮传动空间齿轮传动但了解这些成分的存在及其含义，有利于我们去观察和分析齿轮的信号，取其特征，舍去一般。直齿轮斜齿轮圆锥齿轮交错轴斜齿轮蜗轮蜗杆在72小时时，峭度系数已达到6，已发生疲劳破坏。基带分析与细化分析比较保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。啮合频率及其它一些高频成分两侧的，由于故障调制效应产生的边频带TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。拆检：齿轮普遍轮齿节线附近有严重剥落。开箱检查：Ⅳ轴产生弯曲，齿轮轮齿磨损严重。齿面越软，越易发生胶合。采用角变位齿轮，降低齿高；现象:一个齿或多个齿的整体或局部断裂。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。外啮合内啮合齿轮齿条平行轴斜齿轮人字齿轮2023/1/4齿轮故障诊断474.平均响应法齿轮在各种状态下时域平均信号a)正常齿轮时域平均信号b)齿轮安装错位c)齿面严重磨损d)齿断裂(有突跳)时域平均实例啮合不良原因：齿根弯曲应力大；2022/12/15齿轮故障诊断474472023/1/4齿轮故障诊断485.细化分析2022/12/15齿轮故障诊断485.细化分析482023/1/4齿轮故障诊断49基带分析与细化分析比较2022/12/15齿轮故障诊断49基带分析与细化分析比较492023/1/4齿轮故障诊断506.倒频谱分析法功率倒频谱幅值倒频谱频谱Spectrum倒频谱Cepstrum对数功率的功率谱倒频率Quefrencycf:频率Frequency2022/12/15齿轮故障诊断506.倒频谱分析法功率倒502023/1/4齿轮故障诊断51减速机的频谱与倒频谱(a)修理前40ms(25Hz)和120ms(8.3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。(b)修理后修理后消除了缺陷,40ms和120ms成分明显下降。(c)修理4年后倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。2022/12/15齿轮故障诊断51减速机的频谱与倒频谱(a512023/1/4齿轮故障诊断527.瞬时频率波动分析TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。信号中存在频率调制，则瞬时波动频率TFF(t)时高时低，围绕其载波频率上下波动。TFF(t)只与频率变化有关，与信号幅值无关。频率解调法：TFF2022/12/15齿轮故障诊断527.瞬时频率波动分析522023/1/4齿轮故障诊断53八、实例分析例1

某厂C6132车床噪声大，即使在较低转速挡250rpm时仍有噪声。分析:从时域信号看有冲击信号从解调谱中看冲击频率为3.47Hz及其谐波等于Ⅳ轴轴频，可能有不平衡(可能性小)或轴弯曲(可能性大)Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波开箱检查：Ⅳ轴产生弯曲，齿轮轮齿磨损严重。2022/12/15齿轮故障诊断53八、实例分析例1某厂C532023/1/4齿轮故障诊断542022/12/15齿轮故障诊断54542023/1/4齿轮故障诊断552022/12/15齿轮故障诊断55552023/1/4齿轮故障诊断562022/12/15齿轮故障诊断5656TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。d)齿断裂(有突跳)高速重载齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑差，两齿面会粘在一起，同时，两齿面又存在相对运动，因此粘住的地方被撕裂，形成伤痕。常态分布函数μ3=0即常态分布的偏倚系数为0。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。从解调谱中看冲击频率为3.啮合频率成分上升5dB,隐含成分下降5dB,反映齿廓磨损情况。许多无量纲指标与p(x)密切联系着。传动准确、平稳、效率高许多无量纲指标与p(x)密切联系着。倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。节点附近，相对滑动速度小，不利于油膜形成，润滑不良，摩擦力大；(2)调制的载波频率有三种：消除刀痕、喷丸、滚压处理加润滑油，以Ff，并且↑油的粘度，不易侵入裂纹；3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。用于尺寸较大，结构复杂者。直齿锥齿轮传动bevel倒频率Quefrency2023/1/4齿轮故障诊断57TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线572023/1/4齿轮故障诊断582022/12/15齿轮故障诊断58582023/1/4齿轮故障诊断59例2某水泥厂球磨机齿轮箱诊断球磨机传动结构图D球磨机齿轮箱振动极大开式齿轮传动的啮合频率为52.5Hz电机转速为750rpm/min，12.5Hz2022/12/15齿轮故障诊断59例2某水泥厂球磨机齿轮592023/1/4齿轮故障诊断60减速箱体测试点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断60减速箱体测试点频谱图602023/1/4齿轮故障诊断61减速箱输出轴处测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断61减速箱输出轴处测点频谱图612023/1/4齿轮故障诊断62球磨机联轴结处轴承座

测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断62球磨机联轴结处轴承座

测622023/1/4齿轮故障诊断63开式齿轮支撑轴承处测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断63开式齿轮支撑轴承处测点频632023/1/4齿轮故障诊断64谢谢！2022/12/15齿轮故障诊断64谢谢！642023/1/4齿轮故障诊断65八、实例介绍例1

某厂一台C523立车发生了半年强烈异常振动，伴有严重噪声。根据实测电机转速为1000r/min时各种转频及啮合频率： 各轴转频及啮合频率(C523立车传动箱)轴序号传动转速(r/min)转频(Hz)啮合频率(Hz)Ⅰ213/475595.89.90327.7Ⅱ33/39504.18.40294.1Ⅲ35/35504.18.40151.2Ⅳ18/44206.23.44123.7Ⅴ36/24309.35.1692.8Ⅵ18/44126.52.1152.7Ⅶ25/3298.91.7637.6Ⅷ23/15414.80.2937.92022/12/15齿轮故障诊断65八、实例介绍例1某厂一652023/1/4齿轮故障诊断662022/12/15齿轮故障诊断66662023/1/4齿轮故障诊断672022/12/15齿轮故障诊断67672023/1/4齿轮故障诊断682022/12/15齿轮故障诊断68682023/1/4齿轮故障诊断692022/12/15齿轮故障诊断69692023/1/4齿轮故障诊断702022/12/15齿轮故障诊断70702023/1/4齿轮故障诊断717.共振解调分析法2022/12/15齿轮故障诊断717.共振解调分析法712023/1/4齿轮故障诊断72某变速箱一档被动齿轮断齿后的共振解调频谱图，其啮合频率5HZ，也出现了谐波群，并在其低频处，背景能量较高，这也表示了断齿后缺齿处冲击能量较大。2022/12/15齿轮故障诊断72某变速箱一档被动齿轮断齿722023/1/4齿轮故障诊断73补充一：

概率密度函数许多无量纲指标与p(x)密切联系着。由于对p(x)的定量化引出了歪度指标(Skewness)，及峭度指标(Kurtosis)，为了更好地理解这两指标，这里再深入分析p(x)的性质。2022/12/15齿轮故障诊断73补充一：概率密度函数732023/1/4齿轮故障诊断741.和σ为分布函数故常态分布曲线由和σ就可决定，σ值意味着偏离平均值的大小，σ值越大偏离值越大。2.常态分布函数μ3=0即常态分布的偏倚系数为0。3.常态分布函数四阶矩μ4/σ4=3，故常态分布的峰突系数为3。2022/12/15齿轮故障诊断741.和σ为分布742023/1/4齿轮故障诊断75a)σ值越小则p(x)值越大，因而p(x)减小很快，即曲线陡b)反之，σ愈大，p(x)减小缓慢，曲线平坦；c)2022/12/15齿轮故障诊断75a)σ值越小则p(x)752023/1/4齿轮故障诊断76若分布曲线是单峰且对称，即全正态分布则三者合一。若偏倚不大，则三者关系如上图，

偏倚系数

Cs>0为正偏Cs<0为负偏歪度σ为负值，意味着偏离正态。2022/12/15齿轮故障诊断76若分布曲线是单峰且对称，76齿轮齿条传动rackandgeartransmission(1)较正常，有冲击。四、齿轮材料及其选择原则倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。载齿根处施加适当的强化措施，使表面产生残余压应力，不易产生裂纹(3)交错轴的齿轮机构啮合频率fm两侧有一簇边频带，谱线间隔即故障特征频率fc，它等于齿距一个变化周期的倒数，即平面齿轮传动空间齿轮传动但了解这些成分的存在及其含义，有利于我们去观察和分析齿轮的信号，取其特征，舍去一般。10-3 10-4 10-5 10-6直齿锥齿轮传动bevel开式齿轮支撑轴承处测点频谱图拆检：齿轮普遍轮齿节线附近有严重剥落。内直齿轮传动internalgear齿轮传动机构应用于各行各业动力传递、运动分解、运动合成d)齿断裂(有突跳)实验时间总共84Hrs。TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。直齿轮斜齿轮圆锥齿轮交错轴斜齿轮蜗轮蜗杆直齿轮传动spurgear2023/1/4齿轮故障诊断77补充二：中位数、平均数、众数中位数x2—把概率分布划分为两个相等部分,即划分面积相等两部分，随机变量大于或小于中位数的概率各等于1/2。平均数x3—表示分布重心。众数x1—表示高峰所在的数。平均数、中位数和众数的相对位置齿轮齿条传动rackandgeartransmiss772023/1/4齿轮故障诊断78补充三：峰凸系数峰凸图称峰凸系数，

CE>3则有较凸峰，凸峰改变。2022/12/15齿轮故障诊断78补充三：峰凸系数峰凸图782023/1/4齿轮故障诊断79某种电动机振动信号的幅值概率密度函数例1、某电机对产品的概率密度函数检测2022/12/15齿轮故障诊断79某种电动机振动信号的幅值792023/1/4齿轮故障诊断80实验时间总共84Hrs。在72小时时，峭度系数已达到6，已发生疲劳破坏。到84小时时，到超过320。而RMS值及峰值在74小时无明显，在84小时时也还很小。如图为轴承疲劳试验过程。例2.英国钢铁公司应用其研制的峭度仪监测滚动轴承的实例2022/12/15齿轮故障诊断80实验时间总共84Hrs。802023/1/4齿轮故障诊断81例3.Cs>0及Cs<0的图形。

CE>3及CE>3的图形。峭度波形歪度波形2022/12/15齿轮故障诊断81例3.Cs>0及C812023/1/4齿轮故障诊断82歪度计算：峭度计算：2022/12/15齿轮故障诊断82歪度计算：峭度计算：822023/1/4齿轮故障诊断83平均值=0.0019有效值=.0587785歪度=－.0257峭度=＋.0278814例4(1)较正常，有冲击。偏倚不大，峭度<3平均值=－0.009 有效值=.0684331歪度=2.4553峭度=19.5389(2)正偏倚，峰凸度大。时域有明显周期，且周期大小有变化。(3)明显冲击2022/12/15齿轮故障诊断83平均值=0.0019例483齿轮故障诊断齿轮故障诊断842023/1/4齿轮故障诊断85本章内容一、齿轮传动1.齿轮传动类型2.齿轮系3.齿轮传动特点二、齿轮主要失效形式1.轮齿折断2.轮齿表面的失效三、齿轮设计准则四、齿轮材料及其选择原则五、齿轮传动中其他影响因素六、齿轮传动中振动信息1.啮合频率及其谐频2.隐含成分3.边频带4.附加脉冲5.齿轮、轴等零件的谐振频率6.交叉调制成分七、齿轮故障诊断技术1.时域波形法2.时域参数分析法3.频谱分析法4.细化分析5.倒频谱分析法6.瞬间频率波动分析八、实例分析2022/12/15齿轮故障诊断2本章内容一、齿轮传动六、齿852023/1/4齿轮故障诊断86一、齿轮传动齿轮传动是常用的一种传动方式在旋转机械中其故障约占10%有各种分析方法来诊断齿轮故障有各种诊断仪器来帮助诊断故障新技术还在发展中2022/12/15齿轮故障诊断3一、齿轮传动齿轮传动是常用862023/1/4齿轮故障诊断87新技术还在发展中 10-3 10-4 10-5 10-6

CriticalDimentions(m)MiniatureMachiningMesoMachining&LIGASiSurfaceMicromachining2022/12/15齿轮故障诊断4新技术还在发展中 10-872023/1/4齿轮故障诊断88标准渐开线齿轮啮合图2022/12/15齿轮故障诊断5标准渐开线齿轮啮合图882023/1/4齿轮故障诊断891.齿轮传动类型齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动直齿轮斜齿轮圆锥齿轮交错轴斜齿轮蜗轮蜗杆外啮合内啮合齿轮齿条平行轴斜齿轮人字齿轮常用齿轮传动机构oftenusedgearmechanism直齿轮传动spurgear斜齿轮传动helicalgear人字齿轮传动doublehelicalgear内直齿轮传动internalgear直齿锥齿轮传动bevel曲齿锥齿轮传动spiralbevelgear齿轮齿条传动rackandgeartransmission2022/12/15齿轮故障诊断61.齿轮传动类型齿轮传动892023/1/4齿轮故障诊断90外啮合直齿轮内啮合直齿轮(1)两轴线平行的圆柱齿轮机构2022/12/15齿轮故障诊断7外啮合直齿轮内啮合直齿轮(902023/1/4齿轮故障诊断91斜齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮齿轮齿条传动2022/12/15齿轮故障诊断8斜齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮912023/1/4齿轮故障诊断92蜗轮蜗杆传动两轴相交错的斜齿圆柱齿轮机构(2)相交轴齿轮传动直齿圆锥齿轮传动(3)交错轴的齿轮机构2022/12/15齿轮故障诊断9蜗轮蜗杆传动两轴相交错的斜922023/1/4齿轮故障诊断93由一系列齿轮组成的传动称为齿轮系。2.齿轮系2022/12/15齿轮故障诊断10由一系列齿轮组成的传动称932023/1/4齿轮故障诊断94122'344'5定轴轮系：当齿轮系转动时，若其中各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不动的。齿轮系分类(1)定轴轮系2022/12/15齿轮故障诊断11122'344'5定轴轮942023/1/4齿轮故障诊断95

行星轮系：当齿轮系转动时，若其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的固定几何轴线运动。H123(2)行星轮系2022/12/15齿轮故障诊断12行星轮系：当齿轮系转动952023/1/4齿轮故障诊断96复合轮系:既有行星轮系又有定轴轮系或有若干个行星轮系 组合而成的复杂轮系。12'34H2(3)复合轮系2022/12/15齿轮故障诊断13复合轮系:既有行星轮系962023/1/4齿轮故障诊断973.齿轮传动特点可以传动空间任意轴间的运动与动力传动准确、平稳、效率高工作安全、可靠，使用寿命长齿轮传动机构应用于各行各业动力传递、运动分解、运动合成2022/12/15齿轮故障诊断143.齿轮传动特点可以传972023/1/4齿轮故障诊断98轮齿折断齿面损伤点蚀胶合齿面磨损塑性变形过载折断弯曲疲劳折断二、齿轮的主要失效形式轮齿损伤比例损伤类型断齿点蚀划痕磨损其它比例(%)4131101082022/12/15齿轮故障诊断15轮齿折断点蚀过载折断二、982023/1/4齿轮故障诊断991.轮齿折断Fn现象:一个齿或多个齿的整体或局部断裂。折断发生在齿根处。原因：齿根弯曲应力大；齿根应力集中。措施：材料及热处理 增大模数 增大齿根圆角半径 消除刀痕、喷丸、滚压处理 增大轴及支承刚度(1)过载折断由于短时、过大或受到冲击载荷。无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。2022/12/15齿轮故障诊断161.轮齿折断Fn现象:99较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。主动轮：Ff背离节线，齿面产生凹沟；注：1200Hz之所以有这么高幅值是由于该频率与低速轴齿轮固有频率相同，是啮合频率激发了该齿轮共振。增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。齿轮传动机构应用于各行各业动力传递、运动分解、运动合成载齿根处施加适当的强化措施，使表面产生残余压应力，不易产生裂纹二、齿轮的主要失效形式↑表面光洁度，应力集中源。它们并不独立，只有那些基本成分改变时才会有所改变，一般不用考虑和分析它。六、齿轮传动中振动信息是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。两轮齿齿根部，相对速度过大，故向齿根扩展。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。实验时间总共84Hrs。而RMS值及峰值在74小时无明显，在84小时时也还很小。(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。基带分析与细化分析比较2023/1/4齿轮故障诊断1001）折断机理：受到重复载荷后，齿根处产生裂纹，并逐步扩展，当载荷的循环次数达到一定时，致使轮齿折断。判断：断裂处分为光滑区核晶粒粗糟区。2）弯曲折断实例(3)提高抗折断措施增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中↑支承及轴的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀增大轮芯的韧性，↑抗弯能力载齿根处施加适当的强化措施，使表面产生残余压应力，不易产生裂纹(2)弯曲疲劳折断较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。2022/1002023/1/4齿轮故障诊断101(1)磨损磨料磨损：研磨磨损：外界的硬屑粒进入啮合面，多发生在开式传动。啮合面间的相互摩擦，由于齿轮啮合时除节点外，其他部分均存在相对滑动。2)磨损实例1)分类2.轮齿表面的失效2022/12/15齿轮故障诊断18(1)磨损磨料磨损：外1012023/1/4齿轮故障诊断1024)措施开式改闭式传动加润滑油并常更换↑齿面硬度采用适当的组合材料3)原因：相对滑动齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成正比，由于齿面上不同位置处的相对滑动量不同，所以磨损量也不同。(1)磨损齿面不均匀磨损，使磨损后齿形发生变化，不再满足恒定传动比传动条件，造成传动比不稳定，引起附加动载荷。齿面磨损使齿厚减薄，使齿根的抗弯曲疲劳强度降低，并使齿轮最终表现为齿根减薄后的弯曲疲劳折断。2022/12/15齿轮故障诊断194)措施3)原因：相1022023/1/4齿轮故障诊断103齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。1）点蚀机理由于交变的接触应力作用产生疲劳裂纹，而当润滑油进入裂纹时，由于是压力油，又会使裂纹扩展，最后形成片状脱落。2）现象：点蚀发生的部位一般发生在靠近节线的齿根面上。(2)点蚀2022/12/15齿轮故障诊断20齿面材料在变1032023/1/4齿轮故障诊断104(2)点蚀节点附近，相对滑动速度小，不利于油膜形成，润滑不良，摩擦力大；特别是直齿轮，节点附近为单齿啮合区，轮齿受力最大；两轮齿齿根部，相对速度过大，故向齿根扩展。3)原因4）措施↑表面硬度，以↑轮齿抗点蚀能力；加润滑油，以

Ff，并且↑油的粘度，不易侵入裂纹；采用变位齿轮(增大综合曲率半径)，H；↑表面光洁度，应力集中源。2022/12/15齿轮故障诊断21(2)点蚀节点附近，相1042023/1/4齿轮故障诊断105相啮合的齿面在高速、重载下，使金属从齿面撕落而引起的一种严重粘着磨损现象。(3)胶合1）原因高速重载齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑差，两齿面会粘在一起，同时，两齿面又存在相对运动，因此粘住的地方被撕裂，形成伤痕。较软的被较硬的撕下；齿面越软，越易发生胶合。2022/12/15齿轮故障诊断22相啮合的齿1052023/1/4齿轮故障诊断106(3)胶合2）措施采用角变位齿轮，降低齿高；以↓滑动系数；采用小模数，以↓相对滑动速度；采用抗胶合好的润滑油、齿轮副材料(相同的材料胶合的可能性大)、专门的添加剂；↑光洁度，以↓Ff；材料的硬度及配对。2022/12/15齿轮故障诊断23(3)胶合2）措施1062023/1/4齿轮故障诊断107齿轮传动时，由于齿轮材料较软，则在过大应力作用下，齿面材料因屈服产生塑性流动，而形成齿面的塑性变形。(4)塑性变形从动轮主动轮2022/12/15齿轮故障诊断24齿轮传动时，1072023/1/4齿轮故障诊断108(4)塑性变形2)措施↑齿面硬度，↓减小接触应力，↓塑变；↑油的粘度，以利于油膜形成，改善润滑，↓Ff。1)形成机理：重载，齿面软。主动轮：Ff背离节线，齿面产生凹沟；从动轮：Ff朝着节线，齿面产生凸棱。2022/12/15齿轮故障诊断25(4)塑性变形2)措1082023/1/4齿轮故障诊断109弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮主要失效形式总结。。。。。。。。。。现象与原因？改进措施？2022/12/15齿轮故障诊断26弯曲折断点蚀胶合磨损塑性109Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波a)正常齿轮时域平均信号基带分析与细化分析比较TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。倒频谱Cepstrum和σ为分布函数直齿锥齿轮传动bevel齿轮、轴等零件的谐振频率倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。(2)正偏倚，峰凸度大。无前兆，断裂处呈粗晶粒组织，一般多发生在事故中。因此，对齿轮故障的判断较多地采用频谱分析法。(3)不同激励能量有不同的调制振动：↑表面光洁度，应力集中源。判断：断裂处分为光滑区核晶粒粗糟区。球磨机联轴结处轴承座

测点频谱图d)齿断裂(有突跳)增大齿根处的过度圆角，↑光洁度→应力集中啮合频率fm两侧有一簇边频带，谱线间隔即故障特征频率fc，它等于齿距一个变化周期的倒数，即(a)齿距周期性变化产生调频信号2023/1/4齿轮故障诊断110对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。三、齿轮设计准则Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波2022/12/15齿轮故障诊断1102023/1/4齿轮故障诊断111四、齿轮材料及其选择原则1.对齿轮材料性能的要求

齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。2.常用齿轮材料

钢锻钢铸钢碳钢合金钢除尺寸过大，或结构复杂者，一般常用。铸铁非金属材料较脆，抗冲击及耐磨性较差，但抗胶合和抗点蚀能力好。常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。适用于高速、轻载及精度不高的场合。用于尺寸较大，结构复杂者。2022/12/15齿轮故障诊断28四、齿轮材料及其选择原则1112023/1/4齿轮故障诊断112五、齿轮传动其他影响因素制造的质量问题装配的质量问题安装的质量问题2022/12/15齿轮故障诊断29五、齿轮传动其他影响因素1122023/1/4齿轮故障诊断113六、齿轮传动中振动信息啮合频率及其各次谐波隐含成分啮合频率及其它一些高频成分两侧的，由于故障调制效应产生的边频带旋转轴工作频率及其低次谐频。这是由于某种附加冲击脉冲而引起的冲击振动齿轮、轴等零件的谐振频率交叉调制成分2022/12/15齿轮故障诊断30六、齿轮传动中振动信息啮1132023/1/4齿轮故障诊断1141.啮合频率及其谐频2022/12/15齿轮故障诊断311.啮合频率及其谐频1142023/1/4齿轮故障诊断115啮合频率fmN—齿轮轴转速Z—齿轮齿数两齿轮啮合时产生振动，振动频率称为啮合频率2022/12/15齿轮故障诊断32啮合频率fmN—齿轮轴转1152023/1/4齿轮故障诊断1162.隐含成分减速机齿轮箱频谱(a)新齿轮振动频谱(b)运行1月后振动频谱由齿轮加工机床分度齿轮带来的周期性缺陷，对应于齿轮滚齿机工作台分度蜗轮的啮合频率。特点：(1)不受载荷变化的影响；(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。(鬼线,GhostComponent)啮合频率成分上升5dB,隐含成分下降5dB,反映齿廓磨损情况。2022/12/15齿轮故障诊断332.隐含成分减速机齿轮1162023/1/4齿轮故障诊断117调制现象幅值调制频率调制原理：3.边频带2022/12/15齿轮故障诊断34调制现象幅值调制原理：31172023/1/4齿轮故障诊断118例如：一个轮齿上的局部缺陷就相当于齿轮每转一周产生一个脉冲激励，齿轮的啮合频率被一个短的周期脉冲所调制，在频谱中表现为在啮合频率两侧有大量的边频带，其幅值较低，且分布均匀而平坦。(1)局部缺陷幅值调制2022/12/15齿轮故障诊断35例如：一个轮齿上的局部缺1182023/1/4齿轮故障诊断119是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。因此，它在频域中表现为在啮合频率两边产生了一簇幅值较高、起伏较大、分布较窄的边频带。(2)均布缺陷幅值调制2022/12/15齿轮故障诊断36是指比较均匀分布的缺陷，119实验时间总共84Hrs。除尺寸过大，或结构复杂者，一般常用。六、齿轮传动中振动信息d)齿断裂(有突跳)几何轴线绕另一齿轮的固定几何轴线运动。Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。b)反之，σ愈大，p(x)减小缓慢，曲线平坦；开式齿轮支撑轴承处测点频谱图平均数x3—表示分布重心。倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。↑齿面硬度，↓减小接触应力，↓塑变；减速箱输出轴处测点频谱图实验时间总共84Hrs。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。二、齿轮的主要失效形式工作安全、可靠，使用寿命长平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。实验时间总共84Hrs。2023/1/4齿轮故障诊断120边带现象调频效应是由于齿距周期性变化、速度变化及不对中引起的。事实上，一个齿轮上的载荷发生波动就会引起速度的波动，所以，常常在调幅的同时也必然会产生频率调制效应，调频的结果，同样引出一簇边频带，其间距的含义与调幅时相同。频率调制实验时间总共84Hrs。2022/12/15齿轮故障诊断371202023/1/4齿轮故障诊断121啮合频率fm两侧有一簇边频带，谱线间隔即故障特征频率fc，它等于齿距一个变化周期的倒数，即

fc=1/tc调频效应齿轮调频信号(a)齿距周期性变化产生调频信号(b)频谱图频率调制2022/12/15齿轮故障诊断38啮合频率fm两侧有一簇边1212023/1/4齿轮故障诊断122齿轮振动信号的共振调制有故障就有调制出现。实例：某增速机实测啮合频率fm=1200Hz(齿轮固有频率同)，故障为轴频f0。拆检：齿轮普遍轮齿节线附近有严重剥落。注：1200Hz之所以有这么高幅值是由于该频率与低速轴齿轮固有频率相同，是啮合频率激发了该齿轮共振。2022/12/15齿轮故障诊断39齿轮振动信号的共振调制有1222023/1/4齿轮故障诊断123激励能量对不同调制振动的影响(1)由轴弯曲和齿轮本身存在的缺陷和故障均可产生调制现象；(2)调制的载波频率有三种：a)啮合频率及其高次谐波b)齿轮谐振频率c)箱体谐振频率(3)不同激励能量有不同的调制振动：a)故障较轻，如轻微的轴弯曲或面积小、数量少的齿面点蚀—啮合频率为载频，轴频为调制频率；b)故障较严重、激振能量较大时—齿轮本身的谐振频率为载波频率；c)故障非常严重、激励能量非常大时—箱体固有频率为载波频率。2022/12/15齿轮故障诊断40激励能量对不同调制振动的1232023/1/4齿轮故障诊断1244.附加脉冲实测信号不对称于零线时，可分为对称于零线的调制部分和附加脉冲部分。频谱上附加脉冲部分为回转频率及其谐波，频率较低。平衡不好、对中不良、机械松动可能造成附加脉冲，与齿轮缺陷无关。2022/12/15齿轮故障诊断414.附加脉冲1242023/1/4齿轮故障诊断1255.齿轮、轴等零件的谐振频率在很多情况下，齿轮或齿轮箱在承载运行中，由于其它激振力而引起了齿轮、轴或轴承内、外圈滚动体等零件的谐振。在频谱图上出现某些高峰值，也不对应某些特征频率，则这些频率可能是某零件的谐振频率，因此需在做谱分析前，通过计算获得其谐振频率数值，结合频谱才能做出准确判断。2022/12/15齿轮故障诊断425.齿轮、轴等零件的谐1252023/1/4齿轮故障诊断126在齿轮箱振动的频谱中还会出现一些其它的成分，这些频率成分大都是由上述的基本成分互相调制而成的，它表现为一些频率的和频及差额。它们并不独立，只有那些基本成分改变时才会有所改变，一般不用考虑和分析它。但了解这些成分的存在及其含义，有利于我们去观察和分析齿轮的信号，取其特征，舍去一般。6.交叉调制成分2022/12/15齿轮故障诊断43在齿轮箱1262023/1/4齿轮故障诊断127七、齿轮故障诊断技术1.时域波形法2022/12/15齿轮故障诊断44七、齿轮故障诊断技术1.1272023/1/4齿轮故障诊断1282.时域参数分析法峰值均方根值脉冲指标裕度指标歪度指标峭度指标无量纲指标峭度为4次矩，数据较突出，是评价信号冲击大小或波形尖峭程度重要指标。2022/12/15齿轮故障诊断452.时域参数分析法峰值1282023/1/4齿轮故障诊断1293.频谱分析法由于时域信号受各种因素影响较大，波形复杂，难以清晰地判别。因此，对齿轮故障的判断较多地采用频谱分析法。2022/12/15齿轮故障诊断463.频谱分析法129原因：齿根弯曲应力大；齿轮齿条传动rackandgeartransmission齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成正比，由于齿面上不同位置处的相对滑动量不同，所以磨损量也不同。平面齿轮传动空间齿轮传动但了解这些成分的存在及其含义，有利于我们去观察和分析齿轮的信号，取其特征，舍去一般。直齿轮斜齿轮圆锥齿轮交错轴斜齿轮蜗轮蜗杆在72小时时，峭度系数已达到6，已发生疲劳破坏。基带分析与细化分析比较保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。(2)当齿轮运转一段时间后，由于齿轮均匀磨损，啮合频率及各次谐波的振动分量逐渐增加，而隐含成分及其各次谐波却逐渐下降。啮合频率及其它一些高频成分两侧的，由于故障调制效应产生的边频带TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。拆检：齿轮普遍轮齿节线附近有严重剥落。开箱检查：Ⅳ轴产生弯曲，齿轮轮齿磨损严重。齿面越软，越易发生胶合。采用角变位齿轮，降低齿高；现象:一个齿或多个齿的整体或局部断裂。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。外啮合内啮合齿轮齿条平行轴斜齿轮人字齿轮2023/1/4齿轮故障诊断1304.平均响应法齿轮在各种状态下时域平均信号a)正常齿轮时域平均信号b)齿轮安装错位c)齿面严重磨损d)齿断裂(有突跳)时域平均实例啮合不良原因：齿根弯曲应力大；2022/12/15齿轮故障诊断4741302023/1/4齿轮故障诊断1315.细化分析2022/12/15齿轮故障诊断485.细化分析1312023/1/4齿轮故障诊断132基带分析与细化分析比较2022/12/15齿轮故障诊断49基带分析与细化分析比较1322023/1/4齿轮故障诊断1336.倒频谱分析法功率倒频谱幅值倒频谱频谱Spectrum倒频谱Cepstrum对数功率的功率谱倒频率Quefrencycf:频率Frequency2022/12/15齿轮故障诊断506.倒频谱分析法功率倒1332023/1/4齿轮故障诊断134减速机的频谱与倒频谱(a)修理前40ms(25Hz)和120ms(8.3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。(b)修理后修理后消除了缺陷,40ms和120ms成分明显下降。(c)修理4年后倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。2022/12/15齿轮故障诊断51减速机的频谱与倒频谱(a1342023/1/4齿轮故障诊断1357.瞬时频率波动分析TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。信号中存在频率调制，则瞬时波动频率TFF(t)时高时低，围绕其载波频率上下波动。TFF(t)只与频率变化有关，与信号幅值无关。频率解调法：TFF2022/12/15齿轮故障诊断527.瞬时频率波动分析1352023/1/4齿轮故障诊断136八、实例分析例1

某厂C6132车床噪声大，即使在较低转速挡250rpm时仍有噪声。分析:从时域信号看有冲击信号从解调谱中看冲击频率为3.47Hz及其谐波等于Ⅳ轴轴频，可能有不平衡(可能性小)或轴弯曲(可能性大)Ⅳ轴上齿轮啮合频率的高次谐波开箱检查：Ⅳ轴产生弯曲，齿轮轮齿磨损严重。2022/12/15齿轮故障诊断53八、实例分析例1某厂C1362023/1/4齿轮故障诊断1372022/12/15齿轮故障诊断541372023/1/4齿轮故障诊断1382022/12/15齿轮故障诊断551382023/1/4齿轮故障诊断1392022/12/15齿轮故障诊断56139TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线。d)齿断裂(有突跳)高速重载齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑差，两齿面会粘在一起，同时，两齿面又存在相对运动，因此粘住的地方被撕裂，形成伤痕。常态分布函数μ3=0即常态分布的偏倚系数为0。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。从解调谱中看冲击频率为3.啮合频率成分上升5dB,隐含成分下降5dB,反映齿廓磨损情况。许多无量纲指标与p(x)密切联系着。传动准确、平稳、效率高许多无量纲指标与p(x)密切联系着。倒频谱无明显变化,表明减速机运行正常。节点附近，相对滑动速度小，不利于油膜形成，润滑不良，摩擦力大；(2)调制的载波频率有三种：消除刀痕、喷丸、滚压处理加润滑油，以Ff，并且↑油的粘度，不易侵入裂纹；3Hz)明显40ms成分对应于轴速,是由于小齿轮齿廓受到磨损或齿轮轴不对中引起。齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。用于尺寸较大，结构复杂者。直齿锥齿轮传动bevel倒频率Quefrency2023/1/4齿轮故障诊断140TFF分析以Hilbert变换为基础，可提取调制频率变化曲线1402023/1/4齿轮故障诊断1412022/12/15齿轮故障诊断581412023/1/4齿轮故障诊断142例2某水泥厂球磨机齿轮箱诊断球磨机传动结构图D球磨机齿轮箱振动极大开式齿轮传动的啮合频率为52.5Hz电机转速为750rpm/min，12.5Hz2022/12/15齿轮故障诊断59例2某水泥厂球磨机齿轮1422023/1/4齿轮故障诊断143减速箱体测试点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断60减速箱体测试点频谱图1432023/1/4齿轮故障诊断144减速箱输出轴处测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断61减速箱输出轴处测点频谱图1442023/1/4齿轮故障诊断145球磨机联轴结处轴承座

测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断62球磨机联轴结处轴承座

测1452023/1/4齿轮故障诊断146开式齿轮支撑轴承处测点频谱图2022/12/15齿轮故障诊断63开式齿轮支撑轴承处测点频1462023/1/4齿轮故障诊断147谢谢！2022/12/15齿轮故障诊断64谢谢！1472023/1/4齿轮故障诊断148八、实例介绍例1

某厂一台C523立车发生了半年强烈异常振动，伴