第六章 齿轮箱的振动监测与诊断.ppt

* 齿轮及齿轮箱的失效形式 齿轮及齿轮箱的振动机理 齿轮及齿轮箱的故障诊断 第六章 齿轮箱的振动监测与诊断 一、齿轮失效的常见形式 第一节 齿轮及齿轮箱的失效形式 齿断裂 齿面点蚀 齿面磨损 齿面胶合 齿面塑性变形 17 相邻部件（联轴器、电动机等）缺陷 19 操 作 43 24 维 护 运行缺陷 4 修 理 7 材 料 8 制 造 9 装 配 40 12 设 计 齿轮箱缺陷 失 效 比 重（%） 失 效 原 因 齿轮箱失效原因及失效比重 二、齿轮故障的原因 1 油 封 3 紧 固 件 7 箱 体 10 轴 19 轴 承 60 齿 轮 失 效 比 重（%） 失 效 零 件 齿轮箱的失效零件及失效比重 　制造误差????　齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和齿形误差等。????　偏心是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合，齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。 　装配不良　 　由于装配技术和装配方法等原因，通常会造成“一端接触”和齿轮轴的直线性偏差(不同轴、不对中)及齿轮的不平衡等异常现象。 “—端接触”或齿轮轴的直线性偏差会造成轮齿负荷不匀，个别齿负荷过重引起早期磨损，严重时甚至引起断裂等。 图　两齿轮轴不平行导致的啮合不良 　润滑不良????对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局部过热，造成色变、胶合等故障。导致润滑不良的原因是多方面的，除了油路堵塞、喷油孔堵塞外，润滑油中进水、润滑油变质、油温过高等都会造成齿面润滑不良。 　超载????对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置（例如矿石破碎机、采掘机等），经常会出现过载现象，如果没有适当的保护措施，就会造成轮齿过载断裂，或者长期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。 　操作失误????操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，都会造成齿轮损伤、损坏。 第二节 齿轮及齿轮箱的振动机理 齿轮诊断的特征频率 轴的转动频率及其谐频 啮合频率及其谐频 隐含成分 边频带 附加脉冲 交叉调制成分 齿轮的固有成分 齿轮的振动机理 齿轮的振动可以说主要是由刚度的周期性变换而引起的。 刚度的周期性变换由两个原因：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化；二是参加啮合的齿数在变化。 （a）直齿轮 （b）斜齿轮 齿轮啮合刚度变化示意图 齿轮振动特征频率的计算 轴的转动频率及其谐频 齿轮啮合频率 　　　定轴转动齿轮： 谐频 转动频率 　　有固定齿圈的 　　行星轮系齿轮： -参考齿轮的齿数 - 参考齿轮的转数； - 转臂的回转速度，当与参考齿轮转向 相反时取正号，否则取负号。 　　在齿轮箱的振动频谱中，啮合频率或其高阶谐频附近存在着一些等间距的频率成分，称为边频带。 　　边频带由幅值调制和频率调制形成。 边频带 图　频率调制及其边频 图　幅值调制及其边频 　　幅值调制：幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的影响而造成的。比较典型的例子是齿轮的偏心使齿轮啮合时一边紧一边松，从而产生载荷波动，使振幅按此规律周期性地变化。齿轮的加工误差（例如节距不匀）及齿轮故障使齿轮在啮合中产生短暂的“加载”和“卸载”效应，也会产生幅值调制。 　　在齿轮信号中，啮合频率成分通常是载波成分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。 x1(t)=A(1+ecos2πfrt)Xsin(2πfzt+φ) a(t)=A(1+ecos2πfrt) x (t)=Xsin(2πfzt+φ) 图　调幅信号及频谱 　　齿轮存在局部缺陷时，齿轮的振动受到一个短脉冲的调制，脉冲长度等于齿轮的旋转周期。由此形成的边频带数量多且均匀。齿轮存在分布缺陷时。由于分布缺陷所产生的幅值调制较为平缓，由此形成的边频带比较高而且窄。并且，齿轮上的缺陷分布越均匀，频谱上的边频带就越高、越集中。 图? 齿轮缺陷分布对边频带的影响 频率调制：齿轮齿距不均匀时，或者齿轮转速不均匀，可等效为啮合频率受到齿距误差分布函数的调制。 图　? 频率调制及其边带 … … f 0 f0 -f0 fs fs 调频波的频谱 附加脉冲：附加脉冲是回转频率的低次谐波。平衡不良、对中不良和机械松动等，均是回转频率的低次谐波振源，但不一定与齿轮缺陷直接有关。附加脉冲的影响一般在啮合频率以下。 图　 附加脉冲示意图 隐含谱线：隐含谱线是功率谱上的一种频率分量，产生的原因是由于加工过程中带来的周期性缺陷。滚齿机工作台的分度蜗轮蜗杆及齿轮的误差。隐含谱线具有如下特点。 图 载荷对鬼线分量和啮合分