【精品】第六章齿轮常见故障与诊断

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1、第六章齿轮常见故障与诊断齿轮传动rh于结构紧凑、传动比精确等的优点，成为机械设备中常用的传动方式。现代机械对齿轮的要求口益提高，即要求齿轮能在高速、重载、特殊介质等恶劣环境条件下工作,乂要求齿轮传动具有高平稳性、高可靠性等良好的工作性能，使得影响齿轮正常工作的因素愈来愈多，而齿伦工作不正常乂是诱发机器故障的重要因索，因此，对齿轮故障诊断技术的应用也是非常重要的课题。第一节齿轮故障的常见形式与原因一、齿轮故障的常见形式齿轮由于结构形式、材料与热处理、操作运行环境与条件等因索不同，发生故障的形式也不同，常见的齿

2、轮故障有以下儿类形式。1.齿面磨损润滑油不足或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损，使齿廓改变，侧隙加大，以至由于齿轮过度减薄导致断齿。一般情况下，只冇在润滑油中夹杂冇磨粒时，方会在运行中引起齿面磨粒磨损。2.齿而胶合和擦伤对于重栽和高速齿轮的传动，齿面丄作区温度很高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合。新齿轮未经磨合便投入使用时，常在某一局部产生这种现象，使齿轮擦伤。3.齿面接触疲劳齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，乂有相对滑

3、动，而II相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动载荷。载荷和脉动力的作用使齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪应力，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产生疲劳裂纹，随着裂纹的扩展，最终使齿面剥落小片金属，在齿面上形成小坑，称之为点蚀。当“点蚀”扩人成片时，形成齿面上金属块剥落。此外，材质不均匀或局部擦伤，也容易在某一齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。4.弯曲疲劳与断齿在运行过程屮承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部受到脉冲循环的弯曲应力作川最人,当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，

4、会在根部产牛裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。齿轮故障还可分为局部故障和分布故障。局部故障集中在一个或几个齿上，而分布故障则在齿轮各个轮齿上都有体现。二、齿轮故障的原因产生上述齿轮故障的原因很多，但从大量故障的分析统计结果来看，主要原因有以下儿个方而：制造误差：包括偏心、齿距偏差和齿形误差等装配不良：会造成齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀，使齿的局部承受过人载荷，有可能造成断齿。润滑不

5、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、胶介等故障。导致润滑不良的原因是多方而的，除了油路堵塞外，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，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。第二节齿轮故障信号成分分析一、齿轮的啮合频率从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次

6、，由此可以算出齿轮的啮合周期和啮合频率。总的来说，齿轮的啮合刚度变化规律取决于齿轮的重合系数和齿轮的类型，直齿轮的刚度变化较为陡峭，而斜齿轮或人字齿轮刚度变化较为平缓。若齿轮副主动轮转速为®、齿数为0；从动轮转速为〃2、齿数为5,则齿轮啮合刚度的变化频率（即啮合频率）为fc=fS=fl^2无论齿轮处于止常或异常状态下，这一振动成分总是存在的，但两种状态下振动水平是冇差异的。因此，根据齿轮振动信号啮合频率分量进行故障诊断是可行的，但由于齿轮信号比较复杂，故障对振动信号的影响也是多方面的，特别是由于幅值调制和

7、频率调制的作用，齿轮振动频谱上通常总是存在众多的边频带结构，给利用振动信号进行故障诊断带来了一定的困难。二、幅值调制与频率调制齿轮振动信号的调制现象屮包含冇很多故障信息，所以研究信号调制对齿轮故障诊断是非常重要的。从频域看，信号调制的1.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。幅值调制从数学上看，相当于两个信号在时域上相乘；而在频域上，相当于两个信号的卷积，如图6.1所示。这两个信号一个称为

8、载波，其频率相对来说较高；另一个称为调制波,其频率相对于载波频率来说较低。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。图6.1：单一频率的幅值调制若x,n（0=Asin（2妙屛+0）为齿轮啮合振动信号，曲）=I+Bcos2/ifct为齿轮轴的转频振动信号，则调幅后的振动信号为=A（1+Bcos2或/）sin（2对；/+0）式屮A—为振幅；B—为幅值调频指数；乞“一载波频率；调制频