齿轮故障的振动诊断及案例分析

1、齿轮故障的振动诊断及案例分析齿轮传动的常见故障有齿断裂，齿磨损，齿面疲劳(点蚀、剥 落)和齿轮安装不当。由结构和工作时受力条件决定，齿轮传动的振动信号较为复杂， 故障诊断需同时进行时域与频域分析。 齿轮工作过程中的故障信号频 率基本表现为两部分，一为啮合频率及其谐波(高频部分)构成的载 波信号；二为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。1. 啮合频率及其谐波 当轮齿进人或脱离啮合时，载荷和刚度均突然增大或减小，形 成啮合冲击。齿轮啮合频率为fm=f1 ? Zl=f2 ? Z2,当齿轮出现故障时，将引起啮合频率及其各次谐波幅值的变化。2. 幅值调制和频率调制所构成的边频带(1 )幅值调制。幅

2、值调制相当于两个信号在时域上相乘。 假定载波信号为 g(t) ， 调制信号为 e(t) ，则调制后的时域总信号为X(t)=g(t) ? e(t)将上式转换到频域上，则为X=G？ E(f).通常幅度调制的 调制频率为旋转频率。(2)频率调制。齿轮的转速波动，若载波信号为 Asin(2 n fmt+ © 0),调制信号 为 B sin2 n fmt,频率调制可表示为 x(t)=Asin2 n fmt+ 3 sin(2 n fit) © 0 。频率调制不仅产生围绕啮合频率 fm 的一族边频带，而且在相位信号中产生一个正弦波。通常频率调制的频率为分度不均匀齿轮 的转频。实际上，齿轮

3、故障中调幅与调频现象可能同时存在，因而在 频谱上得到调幅与调频综合影响下形成的边频带。3 .由齿轮转频的低次谐波构成的附加脉冲齿轮的低频故障（不平衡、不对中等）也会对齿轮振动时域波 形产生影响，但不会在齿轮频率两侧产生边频带。4.由齿轮加工误差形成的隐含成分。该成分的振动通常由加工机床分度齿轮误差造成，它对齿轮的 整体运行影响很小。以下是一个齿轮故障的案例分析。1 .某采油平台原油外输泵（螺杆泵）传动齿轮局部断齿（1）设备形式及参数。电机驱动直联双螺杆泵，螺杆之间以同步齿轮传动，齿轮齿数 z=67;电机转速n=995r/min（16.57Hz）。（2）故障现象。泵的非驱动端（同步齿轮安装在此侧

4、）振动速度 值增加，图1、图2是时域波形及频谱图。图3是图2的局部细化谱。（3 ）振动特征及分析。在时域波形图中（图 1）出现明显的冲击 峰值，表明齿轮可能存在局部缺陷；频谱图（图 2）中有齿轮啮合频 率及二倍谐频，边频丰富，从图3可以看到，边频为转子工频，这说 明啮合频率的振动幅值被转子工频冲击振动调制。图1时域波形图Q m/s* 1 2 30 500图2频谱图1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 002Hz940S 25555图4时域图2 OOmm/sHz100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000图5频谱图(4

5、)诊断结论。由此可以判断，该齿轮泵齿轮啮合严重不良， 主要原因是两齿轮轴平行度超差。拆检后发现齿轮泵非驱动端的滑动轴承偏磨，造成两齿轮中心 线不平行，导致齿轮啮合故障。更换轴瓦后，设备运行正常。一亠 _ _ _，一 一.Hz1 7801 9802 1802 3802 595图3二倍啮合频率局部放大图(4 )结论。齿轮局部缺陷。齿轮箱拆检后发现齿轮局部断齿，缺陷齿共五个。2.某浮式储油轮热介质提升泵齿轮啮合不良(1)设备形式与参数。电机驱动直联齿轮泵，电机转速n=1478r/min、齿轮齿数 z=12。(2)故障现象。该泵运行时发出连续尖啸，非驱动端轴承温度偏高。非驱动端轴承位置的时域和频域谱见图 4、图5。(3)振动特征及分析。时域图中有很高的冲击值，频谱图中存在