齿轮故障诊断与测振监测的研究

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1、齿轮故障诊断与测振监测的研究郝丽机0801-120080541摘要：随着科学技术的不断发展，机械设备向着高性能、高效率、高自动化和高靠性的方向发展。齿轮箱由于具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，是用于改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是机械设备的一个重要组成部分，也是故障易于发生的一个部件，其运行状态对整机的工作性能有很大的影响。它的损伤和失效常常导致传动系统或整机的故障，从而导致重大安全事故。本文首先对齿轮的振动机理做出了分析总结，并且对测振监测技术在此的应用进行了介绍，对测振技术在齿轮故障上的应用进行了分析比较以及案例分析，最后对测振技术和齿轮故障诊断的

2、未来发展进行了展望。关键词：齿轮故障诊断测振技术振动机理1.基本原理齿轮是一种较为复杂的成形零件，保证其制造和装配质量也较为困难，特别是在鬲速重载下运行的齿轮，其工作条件更为恶劣，因此，齿轮的工况监测与故障诊断显得尤为重要。釆用振动监测对齿轮进行故障诊断是一种行Z有效的的方法，然而，在齿轮使用过程中引起振动的因索是多方面的，包括齿轮的制造与装配误差、齿轮在啮合过程中的刚度变化、受力变形、齿轮的损伤、外载荷的影响等。为了提高诊断的有效性，有必要首先对产生振动的机理进行讨论。1.1轮齿的啮合振动众所周知，在齿轮传动过程中，每个轮齿周期的进入和退出啮合，对于直齿関柱齿轮，其啮

3、合区分为单齿啮合区和双齿啮合区。在单齿啮合区内，全部载荷由一对齿副承担；当一口进入双齿啮合区，则载荷分别rh两对齿副按其啮合刚度的大小分别承担。很显然，在单双啮合齿区的变换位置，每对齿副所能承担的载荷将发生突变，这必将发生齿轮的振动；同时，在传动过程中，每个轮齿的啮合点均从齿根想齿顶或从齿顶向齿根逐渐移动，rh于啮合点沿齿高方向不断变化，各啮合点处齿副的啮合刚度也随Z变化，相当于变刚度弹簧，这也是轮齿产生振动的一个原因；持外，由于轮齿的受载变形，其基节发生变化，载轮齿进入啮合和退出啮合时，将产生啮入冲击和啮出冲击，这更加剧了齿轮的振动。综上所述，在齿轮啮合过程中，由于单

4、双啮合区的交替变换、伦齿啮合刚度的周期性变化、以及啮入啮出冲击，即使齿伦系统制造得绝对准确，也会产牛振动。1.2齿轮的制造和装配误差引起振动在齿轮振动过程中，由于机床、刀具、夹具、齿坏等方面的误差，以及操作不当、工艺不良等原因，均会使齿轮产生各种加工课差，如齿距累积谋差、基节偏差、齿形谋差、齿向谋差等；在装配过程中，由于箱体、轴等零件的加工误差、装配不当等因素，也会使齿伦精度恶化。上述课差将对齿轮的运动准确性、传动平稳性和载荷分布的均匀性产生影响，引起齿轮在传动过程中产生旋转频率的振动和啮介振动。1.3齿轮在使用过程中出现损伤引起振动齿轮由于制造误差、装配不良或在不适当

5、的运行条件（载荷、润滑状态等）下使用时，会使轮齿产生各种损伤，常见的损伤形式有：a）磨损是广义的磨损概念，但主要指磨料磨损、粘着磨损和由此引起的擦伤和胶合。b）表面疲劳包括初期点蚀、破坏性点蚀和最终剥落。C）塑性变形包拈压痕、起皱、隆起和犁沟等。d）断裂齿轮最严重的损伤形式，常常'因此而造成停机。据其原因，可将断裂分为：疲劳折断、磨损折断、过载折断等，其屮疲劳折断最常见，它是由于承受超过材料疲劳极限的反复弯曲应力

6、佃发生的。通常首先沿受力侧齿根角内部产生裂纹，此后逐渐沿齿根或向斜上方发展而致折断。折断的断而一般呈成出的贝壳状轮廓线，其中可以见到比较光滑部分的汇聚点。有的

7、淬火裂纹和磨削裂纹也会成为疲劳折断的起因。e）气蚀主要由于润滑油中析出的气泡被击溃破裂，产生瞬时冲击力和高温，使齿I侨产牛•气蚀麻点。f）电蚀由于电气设备传导至啮合齿廓的漏电流，产生火花放电，侵蚀齿面，使齿面产牛电弧坑点。所有这些损伤均会改变轮齿的正确形貌，恶化传动质量，加剧齿轮的振动，并改变齿轮的特性。1.4冲击载荷引起的自由衰减振动上述各种因素，在引起齿轮强迫振动的同时，述经常产生周期的冲击载荷。由于冲击脉冲具有较宽的频谱，容易激发起齿轮系统按其相关的同有频率作自由衰减振动，这也是研究齿伦振动应该考虑的一个重要问题。1.基本方法2.1齿轮故障时域诊断方法齿伦故障时域

8、诊断方法就是根据齿伦各类故障振动噪声信号在时域中的表现特征，对其故障模式进行识別。常见的齿轮故障时域诊断方法有：2.1.1时域同步平均法时域平均过程实际上是在所测取的原始信号中消除其它噪声的干扰，提取有效信号的过程，随着平均次数的增加，齿轮旋转频率及其各阶谐频成分得以保留，而与研究内容无关的噪声成分逐渐消失。最厉，再经过光滑化滤波，即可得到被检齿轮的有效信号.2.2时域分析法在齿轮故障诊断中，仅仅利用前而介绍过的频域、时域同步平均等方法有时很难获得令人满意的诊断效果。近年來，在齿轮振动信号分析方法上又出现了重新重视时域分析和注重利用相位信