设备故障诊断 教学课件 作者 沈庆根 郑水英 主编chap5_齿轮和滚珠轴承故障诊断.ppt

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1、第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断齿轮故障诊断齿轮常见故障齿轮振动故障的诊断滚珠故障诊断滚珠轴承的故障形式与原因滚动轴承故障的监测方法滚动轴承振动故障的诊断8/5/20211工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断齿轮是最常见的机械传动零件，具有结构紧凑，效率高，寿命长，工作可靠，理论传动比恒定不变和维护方便等优点。主要缺点：不能缓和冲击作用。当制造不精确，材质不良，热处理不当，使用条件恶劣，安装不正确时，往往会引起较大的振动、噪声和断裂等故障。齿轮副多数安装在齿轮箱内，在大型旋转机械中，既有减速

2、用的齿轮箱，又有增速用的齿轮箱，它的工作状态好坏直接关系到整个机组能否正常运行，因此，要提高对机组的运行维护水平，需要重视对齿轮和齿轮箱的状态监测和故障诊断。在齿轮箱中，齿轮本身产生的故障比例最大，故障率达60%，其余零件中的故障率为：轴承占19%，轴占10%，箱体占7%，紧固件占3%，油封占1%。而从引起故障原因上分析，属于维护、操作不当又占了最大比重。5.1齿轮常见故障8/5/20212工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断齿的断裂：在运行过程中承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部收到脉冲循环的弯

3、曲应力作用最大，当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展。当剩余部分无法承传动在何时就会发生断齿现象。齿面疲劳：齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且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裙环变化的剪应力，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”扩大连成片时，形成齿面上金属块剥落。此外，村质不均匀或局部擦

4、伤，也容易在某一齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。5.1齿轮常见故障8/5/20213工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断齿面磨损：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，只有在润滑油中夹杂有磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。齿面胶合和擦伤：对于重载和高速齿轮的传动，齿面工作区温度很高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金同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

5、时，常在某一局部产生这种现象，使齿轮拣伤。5.1齿轮常见故障8/5/20214工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断齿轮传动系统作为一个弹性的机械系统，在动态激励力的作用下将产生振动响应。右图所示为一对齿轮的力学模型。如不考虑齿面摩擦力的影响，将振动系统作为线性系统来考虑时，其力的平衡式为：5.2齿轮故障的振动机理式中:x—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，M=m1为小量齿轮等效质量；m2为大齿轮等效质；C—齿轮啮合阻尼；K(t)—齿轮啮合刚度，啮合刚度随时间t变化

6、；δ1—齿轮受载后的平均弹性变形；δ2—齿轮传动误差和故障激励所引起两齿轮间的相对位移。5.2.1齿轮传动的动态激励8/5/20215工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断5.2齿轮故障的振动机理故障激励:刚度激励：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一轮齿的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。传动误差：制造误差，装配误差，齿面损伤，外部激励。啮合冲击节线冲击5.2.1齿轮传动的动态激励8/5/20216工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断5.2齿轮故障的振动机理齿轮工作过程中的

7、故障信号频率基本上表现为两部分：一部分为齿轮啮合频率及其谐波构成的载波信号；另一部分为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。调制信号包括了幅值调制和频率调制。5.2.2齿轮故障的特征信息齿轮啮合频率：fm=f1·z1=f2·z2式中f1、f2——主动轮和从动轮的转速频率；z1、z2——主动轮和从动轮的齿数。啮合频率及其谐波齿轮啮合情况良好，产生的啮合频率及其谐波具有较低的幅值。轮齿的啮合状况变坏，啮合频率的谐波成分幅值就会明显增大。一般是磨损、间隙和游隙过大等故障。frfm2fm3fm4fmf8/5/20

8、217工业装备故障诊断技术第5章齿轮和滚珠轴承故障诊断5.2齿轮故障的振动机理5.2.2齿轮故障的特征信息齿轮中各种故障在运行中具体反映为一个传动误差问题，传动误差大，则齿轮在传动中发生忽快忽慢转动，并且在进入和脱离啮合时的碰撞加剧，产生较高的振动峰值，形成短暂时间的幅值变化和相位变化。把齿轮的啮合频率及其各次谐波看作为一个高频振荡的载波信号，而那些周期性出现的故障信号可看作调制信号。不同故障产生不