故障诊断6-齿轮箱监测与诊断ppt课件.pptx

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1、0齿轮故障机理6.1、齿轮故障机理认识齿轮及齿轮箱的工作特征1齿轮和齿轮箱的失效形式和原因6.2.1制造引起的缺陷6.2、齿轮和齿轮箱的失效形式和原因齿轮箱的各类零件中，失效比例分别为：齿轮60%，轴承19%，轴10%，箱体7%，紧固件3%；油封1%。制造缺陷包括偏心、周节误差、基节误差、齿形误差等典型误差，见图6-5。6.2.2装配误差引起的缺陷由于装配技术和装配方法等原因，通常在装配齿轮时造成“一端接触”和齿轮轴的直线性偏差（不同周、不对中）及齿轮的不平衡等异常现象。26.2.3运行中产生的故障故障类型和失效比例损伤发生的概率如下：齿的断裂41%;齿面疲劳31%；齿面磨损10%；齿面划

2、痕10%；其他故障8%。齿轮和齿轮箱的失效形式和原因3故障原因和特点齿的断裂齿面磨损或划痕：粘着磨损；磨粒磨损与划痕；腐蚀磨损；烧伤；齿面胶合。齿面疲劳（点蚀与剥落）齿面塑性变形齿轮和齿轮箱的失效形式和原因4齿轮的振动诊断原理6.3、齿轮的振动诊断原理由于制造、安装及轮齿刚度等问题，齿轮运行中会产生振动。温度、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮箱的振动及辐射的噪声、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等从各个角度反映故障的信息。6.3.1啮合齿轮副的振动分析直齿轮的啮合刚度式中fz为啮合频率，fz=Zfr,Z为齿轮齿数，fr为齿轮旋转频率。5齿轮系的传动误差式中fe为传动误差的基频。

3、齿轮的振动诊断原理6齿轮的振动诊断原理齿轮系的传动频率组成模型当基础激励不为零时会出现多组频率，sfz-rfe和sfz+rfe称为啮合频率fz的边频。把齿轮视为刚体仅考虑轮齿、轴的弹性，将齿轮视为弹性圆盘。如果将转轴视为弹性体，还会产生很多固有频率，并产生相应的共振。7齿轮的振动诊断原理6.3.2齿轮诊断的特征频率齿轮传动中啮合刚度的周期性变化引起与振动频率和转速齿数和重叠系数等有关的参数振动。基于齿形误差的随机激励，可能引起齿形弹性系统的共振，当齿形出现故障时，振动加剧并产生新的频率成分—齿轮的特征频率。1）轴的转动频率及其频谱轴的转动频率：谐频：2）啮合频率及其频谱定轴转动齿轮啮合频率

4、：有固定齿圈行星轮系啮合频率：8齿轮的振动诊断原理振动频率随转速变化而变化；齿轮以啮合频率振动的特点振动展开为傅里叶级数后，一般存在啮合频率的基频；当啮合频率或其高阶谐频接近或等于齿轮的某阶固有频率时，齿轮产生强烈振动；由于齿轮的固有频率一般较高，但是振幅小、噪声大。9齿轮的振动诊断原理正常齿轮的振动特点(1)时域特征正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波形，如图1所示。(2)频域特征正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及其谐波分量，即有nfc（n＝1,2,…），且以啮合频率成分为主，其高次谐波依次减小；同时，在低频处有齿轮轴旋转频率及其高次谐

5、波mfr（m＝1，2，…），其频谱如图2所示。10齿轮的振动诊断原理3）隐含成分隐含成分（鬼线）：分布在啮合频率附近的，由加工过程中滚齿机给齿轮带来的周期性缺陷。隐含成分的特点由周期性缺陷引起，振动频谱存在高阶；隐含成分由几何误差引起，工作载荷对其影响小；11齿轮的振动诊断原理4）边频带边频带：啮合频率或高阶谐频附近存在的等间距频率成分。主要原因是振动信号的调制。12齿轮的振动诊断原理齿轮啮合振动信号齿轮偏心啮合时的振动信号偏心啮合时两齿轮的中心距幅值调制；13齿轮的振动诊断原理14齿轮的振动诊断原理频率调制和相位调制；齿轮载荷不均匀、齿距不均匀及故障造成的载荷波动，除了对振动幅值产生影响

6、外，同时也必然产生扭矩波动，使齿轮转速产生波动。这种波动表现在振动上即为频率调制（也可以认为是相位调制）。对于齿轮传动，任何导致产生幅值调制的因素也同时会导致频率调制。若载波信号为Asin(2πfct+φ)调制信号为βsin(2πfzt)则频率调制后的信号为f(t)=Asin［2πfct+βsin(2πfzt)+φ］：用贝塞尔（Besser）函数展开，得到调频信号的特性：调频的振动信号包含有无限多个频率分量，并以啮合频率fc为中心，以调制频率fz为间隔形成无限多对的调制边带：15齿轮的振动诊断原理幅值调制与频率调制或相位调制同时存在的综合频谱。1617186.4、齿轮和齿轮箱的监测与诊断方

7、法6.4.1功率谱分析法齿轮箱的运转会产生振动和噪声，故障的系统会加剧振动和噪声—通过分析振动和噪声信息可以发现潜在故障。功率谱分析可确定齿轮振动信号的频率构成和振动能量在各频率成分上的分布。齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法196.4.2边频带分析法边频带成分包含有丰富的齿轮故障信息，可对感兴趣的频段进行频率细化分析，以准确测定边带间隔，确定其调制信号频率，从而确定产生故障的根源。齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法20边频带分析方