机械故障诊断学习报告

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1、机械设备智能故障诊断的知识获取技术报告————齿轮箱的故障诊断郝亚强6100800544齿轮箱的故障诊断齿轮箱是用来改变转速和传递动力的常用机械设备，由于齿轮箱本身工作环境恶劣，故容易受到损害和出现故障；而其中的零部件如齿轮、轴、轴承等加工工艺复杂，装配精度要求高，又常常在高速度、重载荷下连续工作，故障率较高，是诱发机器故障的重要原因。因此对齿轮箱进行诊断是自故障诊断技术问世以来一直受到人们普遍重视的课题之一。齿轮箱状态监测与故障诊断技术是一门多学科综合技术，涉及动态信息处理、计算机、人工智能等众多领域的知识。国内外对齿轮箱状态监测与故障诊断

2、技术取得了一定的成效，并不断将新理论应用于齿轮箱故障诊断之中，本报告将就齿轮箱故障诊断技术的现阶段的研究方法及应用进行讨论。最后介绍几个简单的实际用例。机理研究故障机理研究是为了将故障隐患消除在设计阶段，一般从机械动力学出发，研究故障的原因和效应.齿轮箱故障的原因主要有制造误差、装配不良、润滑不良、超载、操作失误等方面.在齿轮箱的部件失效中齿轮、轴承所占的比重约为60%和19%，所以齿轮箱振动的故障诊断主要是齿轮和轴承的故障诊断.齿轮运行的主要故障有:齿轮磨损、齿面胶合和擦伤、齿面接触疲劳和断齿等.在齿轮箱典型故障机理研究和特征提取方面，主要

3、是基于振动机理.一般来说，随着振动能量的不同，齿轮箱振动信号中将产生齿轮啮合频率调制、齿轮固有频率调制、箱体固有频率调制、滚动轴承外环固有频率调制4种不同的调制现象.不管齿轮正常与否，齿轮啮合时其啮合频率总会出现.但其它频率，只在齿轮、轴承或轴出现故障时才出现.另外，一旦有故障，在这4种频率附近都将产生轴的旋转频率及其谐波的调制.齿轮的主要故障一：齿的断裂齿轮副在啮合传递运动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在对方轮齿上，最危险的情况是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最

4、大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根处产生过负荷断裂。即使不存在冲击过载的受力工况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。轮齿的断裂是齿轮的最严重的故障，常因此造成设备停机。图1齿根部的应力集中齿轮的主要故障二：齿面磨损或划痕1）粘着磨损在低速、重载、高温、齿面粗糙度差、供油不足或油粘度太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。润滑油的粘度高，有利于防止粘着磨损的发生。2）磨粒磨损与划痕含有杂质颗粒以及在开式齿轮传动中的外来砂粒或在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕

5、。3）腐蚀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而导致齿面损伤。4）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。5）齿面胶合大功率软齿面或高速重载的齿轮传动，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。齿轮的主要故障三：齿面疲

6、劳(点蚀、剥落)所谓齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落。造成点蚀的原因，主要是由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效而连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。剥落与严重点蚀只有程度上的区别而无本质上的不同。实验表明，在闭式齿轮传动中，点蚀是最普遍的破坏形式。在开式齿轮传动中，由于润滑不够充分以及进入污物的可能性增多，磨粒磨

7、损总是先于点蚀破坏。图2齿面点蚀齿轮的主要故障四．齿面塑性变形软齿面齿轮传递载荷过大（或在大冲击载荷下）时，易产生齿面塑性变形。在齿面间过大的摩擦力作用下，齿面接触应力会超过材料的抗剪屈服极限，齿面材料进入塑性状态，造成齿面金属的塑性流动，使主动轮节圆附近齿面形成凹沟，从动轮节圆附近齿面形成凸棱，从而破坏了正确的齿形。有时可在某些类型的齿轮的从动齿面上出现“飞边”，严重时挤出的金属充满顶隙，引起剧烈振动，甚至发生断裂。振动信号分析处理技术振动诊断的实质是对采集的动态信号在三维图上的时域、幅域和频域进行分析和随机数据处理，从而找出故障的原因和部

8、位。振动信号分析处理技术早期分析方法：傅立叶变换缺点：计算量大，频率成分的分辨率不高、谱图有畸变、随机起伏明显不光滑，不适于短数据现在常用的分析方法：频谱分析、时域