状态检测齿轮箱论文.doc

中国石油大学（北京）状态监测与故障诊断齿轮箱本科实验论文系部名称： 机械储运工程学院 专业班级： 学生姓名： 一、研究的目的和意义：齿轮箱，由于齿轮箱具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，所以齿轮箱是机械设备中的一个重要组成部分。齿轮箱作为连接和传递动力的通用部件，在现代工业设备中得到了广泛的应用。而且齿轮箱涉及到很多学科的知识，所以在这些年中，人们更多的去研究齿轮箱的诊断技术，以能保证齿轮箱的正常工作状态，尽量减少齿轮箱的事后维修等。使这些企业能够减少的在齿轮箱的方面造成的损失，使企业能够因此获得效益。因此，齿轮箱的故障诊断技术一直都是人们研究的重要项目。二、实验室齿轮箱的基本结构：齿轮箱系统是包含齿轮、传动轴、轴承和箱体结构等的复杂系统。齿轮一般在这个系统中占20%，轴占10%，最后是箱体和紧固件。三、齿轮箱各部件常见的故障形式：齿轮常见故障: 齿面磨损，齿面胶合和擦伤，齿面接触疲劳(点蚀、剥落)，弯曲疲劳与断齿还有齿根接触疲劳。轴的常见故障：轴不平衡、轴的不对中以及轴的弯曲。并且从以上实验室齿轮箱的基本结构中我们可以发现，在一个齿轮箱中，占最大部分的其实还是箱体和紧固件部分，但由于箱体很少进行运动及工作，所以箱体出现故障的几率几乎为0，但是还有紧固件的作用，紧固件是连接各个齿轮的很重要的部分，如果紧固件不牢或者不结实就可能造成齿轮箱的故障问题，所以紧固件的重视也不应该小于上两种常见的部位的故障。所以在下面附上另两种不是很常见的故障。齿轮箱体常见故障：变形，刚度不够，箱体共振以及密封不良。紧固件常见故障：变形以及损伤，断裂或者发生接触疲劳。以上为四种各部件常出现的故障形式。其实综合各个部分，我们可以发现这些故障无非是两个形式：1由制造和装配等原因造成的，如齿轮误差、齿轮与内孔不同心、各部分轴线不对中、不平衡等。2部件由于长期运行而形成的，通常轮齿的表面承受的载荷很大，两啮合轮齿之间既有相对滚动，又有相对滑动，于是，在长期运行中将导致齿轮表面发生点蚀、疲劳剥落、磨损、塑性流动、胶合以及齿根裂纹,甚至断齿等故障。试介绍两种常见的具体故障形式：齿面磨损：齿轮均匀磨损主要是指齿轮投入使用后在啮合过程中出现的材料摩擦损伤的现象。在磨损的过程中，一般有两种磨损形式：一种称为磨粒磨损，是由于齿轮用材不当，或在接触面间存在硬质颗粒，以及润滑油使用较少，有微小的颗粒从构件中分离出来，使接触表面发生尺寸变化，并使齿形改变，齿厚变薄，噪声增大严重磨损的结果将齿轮失效。还有一种被称为腐蚀磨损，腐蚀磨损是以化学腐蚀作用为主，并伴有机械磨损的一种损伤形式。当润滑油中含有酸、碱和水等易对金属产生腐蚀的化学物质时，就会与齿面发生化学反应，由腐蚀导致齿面损伤。这是以上两种齿面磨损的区别。轴不平衡、不对中和弯曲：轴的不平衡，是指轴由于偏心的存在而引起的不平衡的振动，而轴不对中主要是指联轴器两端的轴由于设计、制造、安装或者使用过程中的问题，而以上两种故障形式很大程度上是因为联轴器两端的轴由于设计、制造、安装或者使用过程中的问题造成的。在齿轮箱中齿轮和滚动轴承都是安装在轴上的，所以轴发生了故障，必然也使安装在轴上的齿轮的啮合状态发生很大变化，有时甚至可以导致滚动轴承的工作状态生产很大变化，从而发生齿轮以及轴承的故障，所以我们在分析齿轮箱故障的时候要尽量多的来观察轴的工作状态，有的时候轴的工作状态可能是整个齿轮箱故障的原因。下面我们将进行一次实际的齿轮箱工作的数据分析：4、 测点布置及分析实例一：齿轮座不稳第一组测点3X图像ans =4.7821e-004Y图像ans = 5.8514e-004X1图像ans =4.8247e-004 y大于xY1图像ans = 6.0114e-004 y大于x结论：Y轴大于X轴基座不稳，变频器为30Hz数据较明显实例二：联轴器不对中第二组：测点3和测点8测点3X图像Y图像Z图像X1图像Y1图像Z1图像测点8XY图像Z图像X1图像Y1图像Z1图像联轴器不对中分为：1平行不对中2倾角不对中3平行倾角不对中经过fft变换后的频谱图出现较高能量的30HZ和60HZ的信号由变换后的频谱图可以看出，测点3和8有能量较高的轴2倍频，4倍频信号，诊断出齿轮箱联轴器不对中实例三：齿轮箱轴承松动第三组测点4X图像Y图像Z图像X1图像Y1图像Z1图像由测点4的Z通道频谱图可以看出，测点4有明显的高能量的低频信号，因此诊断出齿轮箱存在轴承松动。5、 结论及结果分析实验选择8个测点，并用传感器分别测出变频器在20HZ和30HZ条件下的各测点的振动情况，通过3、8、4三个测点的时域图像以及通过傅里叶变换后的图像进行分析可诊断出齿轮箱存在的故障。通过matlab软件对实验数据进行分析，分析测点3分别在变频器显示频率为20Hz、30Hz条件下的数据，画出X、Y、Z通道的振动时域图，用mean函数求的X、Y通道的振幅平均值，比较得出Y轴振动数据的振幅大于X轴数据，由此诊断出齿轮箱存在基座不稳的故障；对测点3、8分别在变频器显示频率为20Hz、30Hz条件下的数据进行分析，并对X、Y、Z数据进行傅立叶变换后画出频谱图，由频谱图可看出测点3、8有能量较高的2倍频和4倍频，由此诊断出齿轮箱存