第章机械零部件故障监测与诊断技术

7-3齿轮故障振动诊断技术概述齿轮传动在机械设备中应用很广，齿轮损伤是导致设备故障的重要原因，据统计在齿轮箱中齿轮损坏的百分比最大，约占60%。并且齿轮损伤造成的后果也十分严重，所以开展齿轮状态监测与故障诊断具有重大的实际意义。一、齿轮常见故障传动齿轮常见的故障按产生的原因划分有以下几种。（1）齿面磨料磨损润滑油不清洁、磨损产物以及外部的硬颗粒侵入接触齿面都会在齿面滑动方向产生彼此独立的划痕，使齿廓改变，侧隙增大，甚至使齿厚过度减薄，导致断齿。（2）齿面粘着磨损重载、高速传动齿轮的齿面工作区温度很高，如润滑不好，齿面间油膜破坏，一个齿面上的金属会熔焊在另一个齿面上，在齿面滑动方向可看到高低不平的沟槽，使齿轮不能正常工作。（3）齿面疲劳磨损疲劳磨损是由于材料疲劳引起，当齿面的接触应力超过材料允许的疲劳极限时，在表面层将产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，就要使齿面金属小块断裂脱落，形成点蚀。严重时点蚀扩大连成一片，形成整块金属剥落，使齿轮不能正常工作，甚至使轮齿折断。（4）轮齿断裂轮齿如同悬臂梁，根部应力最大，且有应力集中，在变载荷作用下应力值超过疲劳极限时，根部要产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大就要产生疲劳断裂。轮齿工作时由于严重过载或速度急剧变化受到冲击载荷作用，齿根危险截面的应力值超过极限就要产生过载断裂。传动齿轮的常见故障按分布特征划分有以下两种。（1）分布故障乖齿轮功损伤司分布暖在所询有轮庙齿的腊齿面听上，避如爽磨料揪磨损芽等。博（2辰）也局部回故障仇齿轮谣损伤屡只在灶一个毁或几乡个轮猛齿上穗，如锈剥落字、秒断齿酒等。程二、纪齿轮专监测佩诊断扶方法很监测翼诊断究齿轮继工作筋状态婶的方纠法大别体分墓两大钩类：旺第磨一类炉是采爽集运等行中惊的动段态信苦息（欲一般湾是振绩动或散噪声恶）根烟据它绒们的某变化遍进行插诊断映；却第二耀类是饼对润独滑油桑进行腿分析涉，根鞠据油伍中磨宾损产怠物的禁状况叨进行修诊断违。伍在这叫里只和介绍伴根据党振动脆信号备监测灿诊断府齿轮赵状态圣的方扁法。野齿轮盯振动测监测岭时，宴由于纠实际祝上的况种种拌困难态，一雅般都破把尼传感亡器鸭布置锁在齿楼轮箱犬的轴粘承盖兴上或雀轴承验座附柴近刚挤性好竞的部灯位，锣所以杨传感剩器的净输出冬不仅拜有月被监凤测齿式轮饿特定贸周期傅的振六动信恶息，产还有圆许多间其它筐齿轮定等珠零件训的周妈期振赞动信与息和炒随机赔振动钻信息初，而斥且被猾监测照齿轮从的振产动信梨息由爽于脸传递辞环节氧多，休损失弄还很乒大（抢特别走是高热频成稀分）余。因曾此，顷齿轮咳振动最监测俊需要是完善适的信禽号分漠析技获术才箱能排械除干千扰，秀得到桶被监驰测齿肚轮的茄振动扶信号势。这由一过稠程很膊难由诸一个闹简单逼仪器灶实现缝，所肥以巾至今棋还没漫有专聋门的泥齿轮允诊断阻仪问皇世罗。兽7.迅3.丈2眼幼齿轮邮振动片分析鹊齿轮敌有误幕差、拆轮齿臭不是察刚体宴，即颠使是果合格境的一床对新阁齿轮琴在啮据合运浇行时左也要宿产生爽振动栋，所赛以研它究齿瓦轮振野动机醋理，木掌握窗齿轮蹦故障慎振动峰特点坝具有慰十分蜻重要蜡的意抽义。晓一、戒轮齿就刚度波变化席和齿饭轮误姨差引凭起的停振动过（齿循轮的冤基本忙振动菠）容1．豪齿轮橡啮合话的数雄学模务型钩齿轮有具有乓一定齿质量躬，轮遣齿可硬看成宿弹簧治，一多对齿丛轮副瓜可看堂成一抛个振乌动系呈统，逢其力蓄学模心型如畜图7放－2怒0所斗示。止在载麻荷平拣稳、腐没有计阻尼追、没在有齿禾面磨岔擦、琴轴的扎扭转确刚度死很小赌的条聪件下管，根委据动欢力学岂基本络定律使可得团如下叫运动碎方程鼠：终胳艺位尚皮绸德迎佳吓后苗子滔堵伸甜薯葬狠扒裳图须7-获20择宣齿轮工副力妻学模汤型加虎对于诵主动霉轮或①窄吗对于走从动灯轮拴或欧仇②晕式中升：哨——茶主动童轮、怒从动辉轮对邮轴线言的转本动惯锦量；限——还主、爸从动誓轮的窄基圆速半径网；灭——晃主、倘从动严轮在柔啮合恋线上宋的等品效质拔量，器；辆——街主、怀从动具轮的惨角位耍移；琴——庙主、虎从动变轮角犬位移捉换算经到啮景合线者上的奖线位据移，级，卸；区——扒主动更轮的墙驱动港力矩犹，带；暴——旨从动飞轮的袋阻力帮矩夏，僵；范——纺主动授轮上缘的驱霞动力宿；得——梦齿面距法向旨动载毁荷。窝令皱（沿喉啮合帆线齿携轮的渣相对巡位移步，不伴分离叠时为锯正值冰），穴则旋代入悲（1抖）式刑得因将（保2）懂式代提入上煤式得③跟式中玉：仁——累齿冰轮副核等效掩质量裤，竿若啮辰合齿睛的邀合成揭弹簧行刚度洁（啮叨合刚者度戏,茎即啮踩合齿块在啮悉合点演抵抗饭变形吸的能宣力）代为珠；齿个轮误贤差在横啮合铺线上拣引起灯的相狠对位异移为披（与订轮齿吐弯曲腰方向过相同忙者为死正值泰）时亩，则苗代入赢③浩式得村若考猛虑与牛相对普速度纽成正相比的埋阻尼赶力，掉则上料式为④僻式中治：般——土齿猜轮副帝的啮蔬合阻当尼系全数。侨上式也称为头齿轮钩副的煤数学民模型嫌，它抬表明聪正常匙齿轮斯的振傅动主基要由由两部敌分组零成：困一部男分来攻源于肿刚度酸的周付期变削化，社与齿亚轮的撇误差谷无关制，称眼为耍常规新振动蛋；另换一部国分来蒜源于银周期腐变化事的齿宝轮误欧差扇，与旱齿轮痒的加熊工精盈度有旬关。词2．伴刚度爱变化论引起匪的振稍动父1）方刚度早变化何规律捎在啮戴合过候程中云，由储于啮必合点梨的位荣置改许变；疾由于亡参加传啮合柿的齿货数改奖变，军啮合壁刚度婶要发祥生改揉变，市这种末改变斥每转会动一过齿就床要重顶复一阅次，是频率伯为脆口（阻——杠两蚀齿轮揪的转高速与漫齿数肾）吴称此闲为争啮合粪频率刮（简坏称镇啮频点）繁。如屯图游7情-香21议所示诱，对穴于直柿齿啮扯合刚疑度变飞化陡甘峭，沾几乎仁是矩螺形周蛙期函裳数，婆对于珍斜齿戒啮合锐刚度光变化鸭小，模一般仁近似庙正弦猎函数燃。侦直齿批直齿指凯顿横院烟医羊筝久德召津斜则齿奶图琴7全-祝21泛问啮合跳刚度众变化敞曲线懂2）孩刚度济变化贵引起盖的振惩动裤由（鉴4）岭可知怀在理甚想条员件下牌（虽）齿榜轮的自运动弹方程筐为溪这是恼一个冶单自铜由度寨线性互微分序方程广，其竿稳态弦响应桌就是深齿轮秤的常混规振爷动，涌它与批激振体函数剂（周鸦期变记化的纹啮合远刚度浸）有急相同纯的频默率和副变化馅规律笛。因导此难对于蜂直齿薪齿轮晨，刚宗度周傍期变样化使售齿轮客产生盈的常麻规振逆动除如基频愧（夹）成桐分外外，还辆有丰啦富的东高次安倍频摄成分软；委对于罢斜齿瞎齿轮饥它的灵频谱宵除基挽频（慌）成液分外专，高徐次倍春频成筹分很导少。赠3．咐齿轮蹲误差色引起竖的振盲动迎1）托调幅下振动后考虑捷误差塌的存身在（坑4）嚼式是唯非线沸性微谅分方侧程，喝解析物分凳析房有一袋定困坟难，搜为作旦简单压的定咐性墨分析呀，将伤方程例左端歪的刚同度项付以等息效值贡取代臂，则妄上式舰变为松射⑤引这也报是一抬个单赛自由构度的朗线性个微分天方程板，由目于激蚁振函疮数阶是周舞期性仔的，境所以铺稳态者响应锅是与脾激振障函数刘有相根同频每率和划规律志的振句动。述因此升，分蜜析齿良轮误吉差引丧起的虾振动签应从许激振周函数疗的分驻析宝入手托。临若啮货合刚针度的威变化遥为地齿轮悄误差展为趴冒辽铁君线（拾——恭齿轮承误差梨频率什）冷则激稻振函务数为停上式沾表明无激振束函数东是一减个简悦谐函依数（值载波弦）的铲幅值铲受误速差信己号（执调制延波）袖调制求的轨调幅舟简谐为函数歉（调怕幅波拘）扮，频俩率等弯于啮迁频菊，波取形如浴图楼7仰－乘22凉c氧)所犯示。场这样摸的激残振函劫数使计齿轮崭产生原的振触动当俘然也火是频铸率等乓于啮蛛频、驻幅值盯受误杯差调撕制的娃调幅岩简谐子振动寺。这呢是有魄误差阴的齿筹轮在驶时域抬中振卫动信峰号的批显著剖特征惩。训根据汁数学根积化削和差森公式嫩得：亦图7栽-2忘2勇幅怀值调工制覆也就滤是说图调幅签简谐塑函数劈是由害二个通频率遥为（结）和朵（妥）的尿简谐灰函数剑合成剑的。辈所以狐调幅畅简谐抽振动直应是酸两个甩频率愿为（叼）和欺（查）的沫简谐晓振动侧的合裕成。呀由于当在频线谱图牙上，彩这两吉个简勾谐振绝动的兼谱线课对称贪分布辽于啮坝频口谱线尾的两激侧，详故称椅为便啮频表的圈边频克。刚这是革有误无差的般齿轮骨在频漂域中栏振动倚信号坡的显队著特士征斯。负实际谁上，如啮合剧刚度剥和齿淹轮误酸差都纳不是魂单纯依的正速弦变淘化，扯但是轧由于绵它们言都可催分解终为正饺弦分除量之见和，塔所以副有误重差的症齿轮狗其振辣动信砌号的衣频谱孤图，普除有弯常规帽振动都的啮朱频及锅其各驻次倍尿频的逼谱线裙（以糟下简释称一见系列停啮频仔谱线与）外波，显烟著的榨特征贝是有竟对称佛分布锹于一浊系列已啮频坡谱线昨两侧皱的一薪系列相边频根谱线静组成压的像边频册带捧。边惊频带舱的形欲状取捧决于纹误差徐的幅救值变项化，兄边频六的间乎隔取旨决于芝误差氧的频缓率，音对于版齿轮纺的环大周僚期误尽差姥（齿奸轮转嗓频为钟基频混），锹间隔炭等于闲转频平，对照于齿再轮的新小周抛期误透差伯（齿肌轮的快啮频转为基匀频）农，间扛隔等叹于啮坝频，巡边频篇带与欣啮频数及其谱各次雹倍频缴谱线山重合习。注2）猪调频赴振动券齿轮译误差美除产静生幅缴值受竟调制糕的常哗规振屑动外叮，必印然还息引起仍转速但波动规，影学响啮咱合频阀率，晋出现贤频率翼受误征差调那制的咐现象纳。建可以热证明籍由误穴差产禽生的较调频套振动友与调评幅振熟动一偏样讲，在冠谱图龄上也损是在荣一系僚列啮心频谱呼线两旧侧产反生对乒称的泽一系旺列边择频谱毒线组惠成的肚边频元带桌,垂边频叉的间笼隔等荡于误携差的纷频率经。黎由于论调幅碗、调英频是慎同时忠出现基，所篮以有煎误差湾的齿闸轮在玻谱图寒上的也边频息带应回为两急种调俩制单法独作别用时啦边频炉成分期的叠书加，顷由于镰边频饥成分歉具有验不同后的相袋位，庸所以鹿叠加渡后边昆频带志的对秘称性军就不绢再存警在了张。瓣需要杰指出眠的是砍如果绢与齿产轮刚哥性连风接的梢旋转酱部件惜惯性隔越大准，速淹度波罩动就袄越小攀，调蔑频现质象也像就越劲不显屈著。辆二、邻齿轮键固有枝频率灵振动重由于院啮合乞时齿姓间撞臭击必原然引炊起齿浮轮的衔轴向煮固有疼频率弃自由才衰减另振动娃和扭蜓转固乐有频达率自帅由衰传减振虑动，刑固有亮频率慧在高冶频段括，通桐常在迅1～弓10仗KH粒z邮内。怖三、革齿轮似损伤酒引起倍的振浴动（划齿轮译的故究障振粉动）蒙有损作伤的沟齿轮爷和有黄误差鄙的齿径轮一副样，煮有相狭同的炸振动详特征术：印在低哲频段宴产生辆调制洗效应零有边院频带需，但溜幅值交明显政增大嚼；落在高楼频段樱有损徐伤的僻齿轮歉激发搏的固循有频翼率振辈动也鸣明显制增强懂。齿铁轮故诞障振返动的遇这些棒特点保是我源们戏诊断音齿轮鸡故障目的有劝利依本据穴。兆四、绒其它脆振动各成分玻主要讨有：担（1查）齿纤面摩断擦引括起的朴振动芳啮合针齿面似间的冒相对框滑动滨速度笔，在拆节点被处要艇反向腹，所许以在可节点赤处齿取面间酒的摩挤擦力块要突顿然反败向，纳产生锹“淡节线什冲击酿”先，引就起齿代轮振臂动，捎频率箩与啮农频振陕动的势频率闸相同愿，但梅幅值棕很小眼，所谷以它平的影昼响铲可不跪考虑罩。涝（2茫）转盈频及狮其低摔次谐添频振更动掩齿轮健有大平周期梳误差秒和局歇部损拾伤除盐产生锻调制冒效应谁出现谨边频穴带外局，还求要引帐起转羊频及唇其低仅次倍丧频振骂动，弱当然唱有局坚部损确伤的过齿轮寒幅值刻明显陈增大的。市（3劳）主殿动轴叮驱动蛾不平菌稳，乌被动悲轴阻趁力波寒动等绣外因奸引起微的振甜动。涉7.沫3.租3胞激齿轮介振动案监测托诊断匠技术平根据挠上面锋的叙拒述可拳知住有损屠伤的铃齿轮收，途在低臂频段帖有幅巧值明贷显变辆大的惕啮频床及其授倍频茎成分歼、有集显著暮的边惠频带火、有叨幅值溉明显中的转肥频及皇其低怪次倍丽频成纯分；世在高加频段仔有幅浙值明羡显变寇大的纳固有览频率梢成分栽。样根据支这些怜特点听可以挡诊断罚出齿码轮的誓故障谢。因巷此，趁诊断臂齿轮失的故行障可他以在脊低频膝段也暴可以毫在高茧频段冰进行棍。柳一、裳简易蹄诊断边简易快诊断学在时继域中拘进行庭,坏目的唤是判至别齿走轮是管否处蚂于正牲常状猜态望。采王用的共特征尾参数蒜有量类纲的肢主要胶是：防振幅树值、凶均方液根值丧、方缓根幅省值、暗平均拢幅值裙、峭富度、奇偏度呀等；愚无量讲纲的煮主要狸是：解波形折系数特、峰拔值系晚数、乏脉冲轿系数鞋、裕归度系哑数、舰峭度灰系数枯等。惕这些展参数连适用呼于不伙同情贼况，巷没有暴绝对波优劣始之分扯。怎机械哀设备缠中除父齿轮牧外，居转轴循、轴脊承、碰电动廊机等兰也要模产生鸣振动填，正哀确区匠分它爷们是瓶简易茂诊断冈的关萌键。块下面控以减胆速箱索为例诵对买齿轮着和滚舰动轴先承的伶振动轨判别嫁加以道说明意。瓦图7镰-2咬3音减彼速箱荣简图晚齿丧轮有裹故障没糠召碎酬滚动份轴承蕉有故梢障劫图7矮-2绸3混是减资速箱弃简图踪，测串振点虏选在席A、帖B、诞C、笑D四歼个轴均承座剩上，辜若四肠个测祸振点帖的振屯动值低都超忆出规群定，传且基怎本相告同，棒则说仔明减罚速箱穿的齿并轮有薄故障嫂，因俱为鹊齿轮号故障贼的振漏动频辱率较窝低，嚼传递沟损失敬小验，所尺以四南个测韵振点衔的振赵动值仅基本芒相同插。若闷四个吧测振强点的兽振动屡值只肯一个获点睛C超跌出规吨定，唐则说学明片C处胃滚动术轴承存有故蜜障。岗因为脾滚动废轴承送故障料的闲振动训频率喊较高惊，传胆递损丙失大耳，所荷以杰