机械故障诊断技术齿轮箱故障诊断学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)故障诊断技术齿轮箱故障诊断故障诊断技术齿轮箱故障诊断第一页，共32页。磨损与划痕。一般齿顶、齿根问好摩擦较节圆部严重，这是因为齿轮啮合过程中节圆处为滚动接触，而齿顶、齿根为滑动接触。C）腐蚀(fsh)磨损 由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿面发生化学反应造成金属的腐蚀(fsh)而导致齿面损伤。第1页/共31页第二页，共32页。D）烧伤 烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过分摩擦所产生的局部区域过热，这种温度升高足以引起变色和过时效，会使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白层。损伤的表面容易产生疲劳裂纹。E）齿面胶合 大功率软齿面或高速重载(zhn

2、zi)的齿轮传动，当润滑条件不良时易产生齿面胶合（咬焊）破坏，即一齿面上的部分材料胶合到另一齿面上而在此齿面上留下坑穴，在后续的啮合传动中，这部分胶合上的多余材料很容易造成其他齿面的擦伤沟痕，形成恶性循环。第2页/共31页第三页，共32页。图82 齿面点蚀第3页/共31页第四页，共32页。第4页/共31页第五页，共32页。图83 齿轮副的运动学分析第5页/共31页第六页，共32页。其中：N齿轮轴的转速（r/min） z齿轮的齿数然而A、B又是被动轮的啮合点，当齿轮副只有一个啮合点时，随着啮合点沿啮合线移动，被动轮的角速度存在波动；当有两个啮合点时，因为只能有一个角速度，因而在啮合的轮齿上产生弹

3、性变形，这个(zh ge)弹性变形力随啮合点的位置、轮齿的刚度以及啮合的进入和脱开而变化，是一个随时间变化的力FC（t）。第6页/共31页第七页，共32页。第7页/共31页第八页，共32页。.对数坐标（恒百分比带宽）适合故障概括的检测和预报，对噪声的分析与人耳的响应接近；但对于齿轮系统由于有较多的边频成分，采用线性坐标（恒带宽）会更有效。第8页/共31页第九页，共32页。图84 某齿轮箱的功率谱图84为某齿轮箱的功率谱，分别用线性坐标和对数坐标绘出，无疑(wy)使用线性坐标效果要好得多。振幅(zhnf)振幅(zhnf)第9页/共31页第十页，共32页。图85 工程实际应用的频谱图a) 幅值谱

4、b) 细化后的边频带感兴趣的频段进行频率细化分析(ZOOM分析)，以准确测定边频带间隔，见图85。第10页/共31页第十一页，共32页。第11页/共31页第十二页，共32页。图87图862）齿轮的点蚀等分布故障会在频谱上形成类似1）的边频带，但其边频阶数少而集中在啮合频率及其谐频的两侧(参见图8-6)。3）齿轮的剥落、齿根裂纹及部分断齿等局部故障会产生特有的瞬态冲击调制，在啮合频率其及谐频两侧产生一系列边带。其特点是边带阶数多而谱线分散，由于高阶边频的互相叠加而使边频族形状各异。(参见图8-7)。严重(ynzhng)的局部故障还会使旋转频率r及其谐波成分增高。第12页/共31页第十三页，共32

5、页。需要指出的是，由于边频带成分具有不稳定性，在实际工作环境中，尤其是几种故障并存时，边频族错综复杂，其变化规律难以用上述的典型情况表述，而且还存在两个轴的旋转频率ri(主动轴r1，被动轴r2）混合情况。但边频的总体水平是随着故障的出现而上升的。例如：齿面磨损、点蚀等表面缺陷，在啮合中不激发瞬时冲击，因而边频带的分布窄，边频带的振幅随磨损程度的增大而增高。断齿、裂齿、大块剥落等在啮合中激发瞬时冲击的缺陷，反映到边频带中就是(jish)分布变宽，随着这类缺陷的扩大，边频带在宽度和高度上也增大。第13页/共31页第十四页，共32页。第14页/共31页第十五页，共32页。图8-8是某齿轮箱振动信号的

6、频谱，图8-8a的频率(pnl)范围为020kHz，频率(pnl)分辨率为50Hz，能观察到啮合频率(pnl)为4.3kHz及其二次三次谐波，但很难分辨出边频带。图88 用倒频谱分析齿轮箱振动信号(xnho)中的边频带功率谱：频率f/kHz；倒频谱：周期时间/ms第15页/共31页第十六页，共32页。第16页/共31页第十七页，共32页。图89 齿面磨损导致幅值上升趋势在恒定载荷下，如果发生啮频率和它的谐波成分变化(binhu)，则意味着齿的磨损、挠曲和齿面误差等原因产生了齿的分离（脱啮）现象。齿轮磨损的特征是，频谱上啮合频率及其谐波幅值都会上升，而高阶谐波的幅值增加较多，如图8-9所示。第1

7、7页/共31页第十八页，共32页。第18页/共31页第十九页，共32页。齿轮故障与轴承故障的差异：齿轮故障与轴承故障的差异：1) 齿的断裂或裂纹故障。每当轮齿进入啮合时就产生一个冲齿的断裂或裂纹故障。每当轮齿进入啮合时就产生一个冲击信号，这种冲击可激起齿轮系统的一阶或几阶自振频率击信号，这种冲击可激起齿轮系统的一阶或几阶自振频率。但是，齿轮固有频率一般都为高频（约在。但是，齿轮固有频率一般都为高频（约在110kHz范围范围内），这种高频成分传递到齿轮箱时已被大幅度衰减，多内），这种高频成分传递到齿轮箱时已被大幅度衰减，多数情况数情况(qngkung)下只能在齿轮箱上测到啮合频率和调下只能在齿轮

8、箱上测到啮合频率和调制的边频带。其边频带的形状与分布与前期的正常状态相制的边频带。其边频带的形状与分布与前期的正常状态相比，存在明显的变化。比，存在明显的变化。2) 轴承故障。如果仅有齿轮啮合频率的振幅迅速升高，而边轴承故障。如果仅有齿轮啮合频率的振幅迅速升高，而边频的分布和振幅并无变化，则表明是轴承故障。频的分布和振幅并无变化，则表明是轴承故障。第19页/共31页第二十页，共32页。第20页/共31页第二十一页，共32页。图811 9月14日的振动频谱图第21页/共31页第二十二页，共32页。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相 对 误 差%可信度%故障部位

9、及性质分析11037.5981037.5931.2810.0050100Z5/Z6啮合频率锥箱II轴转频21072.6831071.7731.7110.910.085100Z5/Z6啮合频率31105.9571105.9530.9460.0040100Z5/Z6啮合频率锥箱II轴转频42143.5552143.5461.9620.00901002倍Z5/Z6啮合频率第22页/共31页第二十三页，共32页。第23页/共31页第二十四页，共32页。图812 图813第24页/共31页第二十五页，共32页。图8 14 10#轧机200604231200输出端频域图形第25页/共31页第二十六页，共3

10、2页。序号故 障 信号 频 率（Hz）计 算 特征 频 率（Hz）振幅绝对误差 (Hz)相对误差%可 信度%故障部位及性质分析1236.3233.51.722.81.2090Z3/Z4啮合频率2472.74670.465.71.2290Z3/Z4啮合频率2倍频3707.0700.57.806.50.93100Z3/Z4啮合频率3倍频4943.49340.669.41.0090Z3/Z4啮合频率4倍频51179.71167.51.1512.21.0490Z3/Z4啮合频率5倍频61416.014010.40151.0790Z3/Z4啮合频率6倍频第26页/共31页第二十七页，共32页。图816

11、16#轧机2006004230300细化后的频域图形第27页/共31页第二十八页，共32页。序号故 障 信号 频 率（Hz）计算特征频率（Hz）振幅绝对误差（Hz）相对误差%可 信度%故障部位及性质分析1658.2657.812.950.40.06100Z3/Z4啮合频率21318.41315.610.552.80.21100Z3/Z4啮合频率2倍频31976.61973.43.743.20.16100Z3/Z4啮合频率3倍频中心频率Hz边频Hz差值Hz特征频率Hz性质分析658.2644.513.714.3（II轴轴频）一次边频673.815.6一次边频628.929.3二次边频687.529.3二次边频617.241三次边频701.243三次边频第28页/共31页第二十九页，共32页。第29页/共31页第三十页，共32页。第8章8-1常见的齿轮的失效形式有哪些？8-2齿轮故障诊断方法有哪些？8-3应用功率谱分析齿轮故障时，频率轴横坐标采取线性坐标还是对数坐标比较好？为什