机械故障诊断技术 第八章 齿轮故障诊断

第八章齿轮故障诊断现代机械对齿轮传动的要求日益提高，例如既要求齿轮能在高速、重载、特殊介质等恶劣的条件下工作，、又要求齿轮装置具有高平稳性、高可靠性、结构紧凑等良好的工作性能。因此引起齿轮故障的因素也相应增多，对齿轮运转状态的监调和诊断研究也提出了新的课题。齿轮故障诊断成为诊断技术应用研究的重要课题之一2轮齿的损伤往往是齿轮故障的前奏，分析轮齿的损伤形式，判定轮齿的损伤程度，了解轮齿损伤的原因，是齿轮故障诊断中的重要工作。在齿轮的使用中，有多种轮齿的损伤形式，某些损伤形式(如轮齿折断)一旦发生，齿轮只能停止运转，否则机器可能发生严重事故，判定这种损伤形式是容易的。而另一些轮齿损伤形式，如磨损、撕裂、点蚀等由于损伤有一个较长的发展过程，判定这种损伤形式必须有一定的判据。因而只有分拆其发生原因与发展过程，才能充分采集和利用故障信息，从而获得正确的诊断结论3§8-1齿轮损伤形式齿面损伤1．齿面磨损

2．齿面粘着撕伤3．齿面疲劳4.齿面塑性变性5.齿面烧伤45轮齿折断1.轮齿裂纹2.过载折断3.疲劳折断67组合损伤1.腐蚀磨损2.轮齿塑性变形3.严重磨损断齿4.气蚀损伤5.电蚀损伤89§8-2齿轮故障原因

齿轮装置由齿轮、旋转机构、润滑系统、箱体等组成。齿轮是构成齿轮装置的重要零件。所以，在制造中如存在偏心、周节误差、齿形误差等微小差错，在装配中如存在齿轮一端接触、两齿轮轴不平行等装配不良，均可能造成齿轮故障。但在齿轮装置的故障中，因上述各种轮齿损伤而引起的故障最为普遍。当轮齿部分发生表面的、整体的、组合的损伤后，均会严重降低传动质量，甚至使齿轮丧失工作能力而产生严重故障。另外齿轮轮体损坏、旋转机构缺陷、润滑系统性能下降、齿轮箱体质量差等也是齿轮装置故障的常见原因．101112§8-3齿轮振动特性齿轮可看成是以轮齿为弹簧、以齿轮本体为质量的振动系统，由于齿轮刚度周期性变化、齿轮装配误差或矩变化等外因引起的激振力的作用，齿轮将会产生圆周方向的扭转振动。由于轴、轴承、轴承座的变形或齿向误差等原因，圆周方向的扭转振动便会导致径向和轴向振动，从而形成轴承座的扭曲振动。对于闭式传动，振动可通过轴承和轴承座传到齿轮箱体，使箱体侧壁产生振动，并激发周围的空气振动引起噪声。13§8-4齿轮异常振动齿轮因作旋转运动或者由于轮齿啮合而产生振动，这种振动无论齿轮处于正常或异常状态时都会发生。但随着齿轮所处的状态不同，振动形态就会有变化。利用振动法诊断齿轮装置的故障，正是根据振型的变化来进行的。因此分析齿轮在异常状态下的振动是齿轮振动诊断法的基础。14(一)齿轮磨损引起的振动

当齿轮所有的轮齿均匀磨损而使齿隙增大时，或者造成一端接触、裂痕、点蚀、剥落等损伤时，因啮合而产生的冲击振动的振幅具有几乎相同的振平15在此情况下发生的冲击振频率为1KHZ以上的高频．与此同时正弦波中低频啮合的频率成分也增大。随着磨损的发展轮齿的弹性刚度表现出非线性的特点。在啮合频率中产生为啮合频率2倍、3倍…等高次谐被，或者出现为啮合频率的1／3、1／3倍……等分数谐波。16在齿轮加减速时，有时还会出现具有非线性振动特点的跳跃现象171819202122§8－5齿轮振动诊断齿轮的动态特性分析表明，齿轮的振动信号含有齿轮状态的丰富信息。为了获得正确的诊断结论，振动信号的测取将是关键的一步。23

如前所达齿轮所发生的振动中有1kHZ以上的高频固有振动和齿轮的旋转频率或啮合频率相关的低频振动。要利用这种宽频带频率成分的振动进行故障诊断，必须把所测取的振动按频带分类，然后根据各类振动进行诊断。24利用振动对齿轮进行诊断时，对于与齿轮的旋转频率或啮合频率相关的低频振办就利用振动速度作为检测对于与固有振动频率相关的高频振动，则利用振动加速度作为检测参数。25检测部位与检测方向：

实际进行齿轮异常检测时，对于普通减速箱，其检测部位选择轴承座盖；对于高速增速器，如轴承座在机箱内部，则选择轴承座附近刚性较好的部位，或测量基础的振动。通常要求测定部位的表面应是光滑的，而且为了获得准确的测定值，应保持每次的检测位置不变。在进行测定时应尽可能地沿水平、垂直、轴向三个方向进行测定。26诊断程序：

在齿轮所发生的低频和高频振动中都包含了对诊断各种故障非常有用的信息，所以，，通常按低频域和高频域进行检测和分析2728图a为齿轮箱在无负载时的振动功率，由于齿轮旋转引起的40HZ，80HZ，120HZ为三个主要频率图b为齿轮箱受55.9N.负裁时的振动功率谱，可见除了围。增加了因齿轮啮合引起的250HZ、280HZ图c为齿轮箱受167．8NN.m负载时的振动功率此时因齿轮啮合引起的频率250Hz、280Hz的谱峰