齿轮故障诊断技术

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1、主要内容1•引吉2.齿轮的故障类型3.齿轮的振动机理4.齿轮故障的特征信息5.齿轮故障的诊断方法6.实例分析7.总结I引言'齿轮是现代工、农业生产设备中极其重要的传动零件,由于其在工作过程中长期承受各种交变载荷、冲击和摩擦力的作用或其木身在制造过程中留下了缺陷，齿轮相对于其他部件较容易出现故障甚至损坏。生产设备中的齿轮发生故障，轻者会使生产设备所加工出来的产品不符合标准要求，重者会导致生产设备停车，从而给生产企业造成经济损失，同时也担误了T时。因此，为了尽可能将这些不确定的机械故障所引起的经济损失降到最低，需要我们在故

2、障初期就能作出诊断，为企业尽早安排检修提供科学依据。对齿轮振动信号进行时频分析就是一种比较实用的方法。2•齿轮的故障类型齿轮由于某种原因不能正常工作的现象，或者说齿轮在其使用过程中，由于某些原因而丧失工作能力或功能参数漂移到界限值以外的现象，被称为齿轮故障。从总体上讲，齿轮故障可划分为两大类：一类是由制造和装配等原因造成的，如齿轮误差、齿轮与内孔不同心、各部分轴线不对中、不平衡等;另一类则是齿轮由于长期运行而形成的，如齿轮表面发生点蚀、疲劳剥落、磨损、塑性流动、胶合以及齿根裂纹，断齿及其他损伤等故障。齿轮故障若按照振动

3、特征和故障诊断技术应用的角度来分类，人体分为以卜•两类：⑴分布式故障齿面磨损、齿面点蚀及疲劳剥落。(2)局部故障齿根裂纹、断齿、局部齿面剥落和塑性变形。分布式故障分布在一个齿轮的各个轮齿上，而局部故障则集中于某一个或几个齿上。1•齿轮的振动机理齿轮传动的动态激励一对齿轮的力学模型))(0(21tKxtKxCxMx——在齿面接触力作用下沿作用线产生的齿轮相对位移M齿轮副的等效质量C——齿轮啮合阻尼K(t)——齿轮啮合刚度，随时间t变化2121——齿轮受载后的平均弹性变形——齿轮传动谋羌和故障激励所引起两齿轮间的相对位移。

4、12))(0(21tKxtKxCxM激励源由两部分组成：称为常规啮合激励，也即无故障的正常齿轮在啮合过程中也会产生的向量振动。是出系统的内部激励和外部激励产生的，齿轮故障振动主要由这部分激励引起，所以也称为齿轮的“故障函数"。1)(2)(tKtK内部激励是指轮齿在啮合过程中由于缺陷或故障产生的激励。如齿轮由于制造不精确、装配质量低产生的轮齿周节误差、齿形误差、齿轮偏心、质量不平衡、轴线不对中等故障，述有运行中产生的齿面疲劳、擦伤、磨损和断裂等故障带给齿轮的激励。外部激励则与齿轮本身问题无关，是齿轮外部输入的激励，但也影

5、响到齿轮的振动情况。例如滚动轴承故障的传递、负载力矩波动、摩擦离合器发生的摩擦激励等。具体的动态激励有以下四种：(1)刚度激励(2)传动误差(2)啮合冲击(4)节线冲击3.1刚度激励2121式屮，和分别为主动轮和被动轮的单齿刚度。单齿刚度随啮合位置的变化而变化。综合刚度的大小还与齿轮的重合度有关。重合度用来表示直齿齿轮啮合时接触轮齿的平均对数。大多数齿轮啮合的重合度不是整数，在啮合过程中参与啮合的轮齿对数随时间而作周期性变化，因而轮齿啮合的综合刚度也随时间而作周期性变化。(a)啮合齿上的作用力(b)啮合齿的刚度(c)齿

6、轮发生的振动直齿啮合过程中的力和刚度变化传动误差构成了齿轮振动和噪声的主更激发源。传动误差大，则齿轮运转过程中由于进入和脱离啮合时的碰撞加剧，产生较高的振动峰值，并且形成短暂时间的幅值变化和相位变化。具体有包括：(1)制造误差3.2传动误差(a)齿轮的偏心和周节误差(b)齿轮的齿形误差(1)装配误差齿的宽度方向上接触面积少，造成轮齿负荷不均。齿轮轴不平行产生载荷冲击，容易造成齿的断裂。(a)一端接触(b)两齿轮轴不平行(2)轮齿损伤误斧齿轮在运行屮由于各种故障形成的齿面损伤，在齿轮传动屮就会产生齿轮的传动误斧激励。传动

7、误差激励正是我们诊断齿轮故障的信息来源。(3)外部激励误差外部激励的因素较多，负载波动引起齿轮传递转矩波动、滚动轴承故障的传递、摩擦离合器力矩变化产生的影响等，这些故障信号虽然是从轮齿的外部输入，但是影响到轮齿上的啮合力和弹性变形，其最终结呆就是产生轮齿的传动误差。3.3啮合冲击齿轮在啮合过程中，由于轮齿误差和受载弹性变形的影响，轮齿进入啮合点和退出啮合点与理论值发生偏差，因而在进入啮合和退出啮合时均会发生冲击，称为“啮合冲击S啮合冲击是一种周期性的冲击力。齿轮副的运动学分析3.4节线冲击主动轮带动从动轮旋转时，主动轮

8、上的啮合点由齿根移向齿顶，啮合半径逐渐增人，速度渐次增高；而从动轮上的啮合点是由齿顶移向齿根，啮合半径逐渐减小，速度渐次降低。两轮齿齿面在啮合点的速度差界就形成了主动轮和从动轮的相对滑动。在主动轮上，齿根和节点之间的啮合点速度低于从动轮上的啮合点速度,因此滑动方向向下；而在节点处，因为两轮上的啮合点速度相等，相对滑动速度为0。因此