齒輪減速機故障診斷分析
齒輪減速機故障診斷分析：
1.概述目前，用于傳遞動力與運動的機構中，齒輪減速機的應用非常廣泛。齒輪減速機是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，隨著現代化機械設備的不斷大型化、復雜化.其工作和結構形式愈加復雜，經常性引發設備故障.在線對齒輪減速機的工況監測與故障診斷技術運用也就顯得更加重要。關于齒輪減速機故障診斷分析方法和測試手段，國內外學者做了一些定性研究和典型案例分析。在此運用故障診斷分析技術對一臺二次圓筒混合機的三級齒輪齒輪減速機噪聲超標的原因進行分析，并結合現場測試數據，分析出齒輪減速機齒輪存在缺陷的主要影響因素，提前預測設備隱患，由此提出相應的解決辦法。
2.齒輪減速機特征頻率分析齒輪減速機特征頻率主要包括軸頻、齒輪的嚙合頻率、軸承的內外圈、滾動體、保持架的頻率，它們與諧頻、邊頻相結合，成為對齒輪減速機故障判定的依據。造成齒輪振動故障的主要原因如下。
(1)齒輪制造和安裝誤差引起的故障。齒輪在制造過程中存在誤差或由于裝配過程中產生的誤差，降低了齒輪的嚙合精度，導致齒輪的振動和噪聲增大，增大了齒輪的故障率，在頻譜圖上表現為嚙合頻率及其各次諧波幅值的變化。
(2)齒輪自身固有運動(工作環境)引起的故障。齒輪在嚙合過程中，齒與齒連續沖擊使齒輪產生受迫振動.產生噪聲，在頻譜圖上表現為齒輪的嚙合頻率。
(3)齒輪表面損傷故障。
①齒面磨損。齒輪由于齒面剝落、拉傷等缺陷發展到一定程度時，齒輪每轉I圈就會相互撞擊1次，產生明顯的沖擊現象。每一次撞擊相當于I個脈沖激勵，脈沖響應函數為齒輪固有的衰減振動，從而構成了周期性較高頻率的沖擊振動信號，循環周期就是軸的旋轉周期，衰減振動頻率就是齒輪的固有頻率。
②齒面點蝕、崩齒。齒輪在嚙合過程中，尤其是因為齒輪磨損、齒隙增大時都會產生嚙合振動，振動頻率為齒輪嚙合頻率。例如:某點出現缺陷(如點蝕、崩齒)時.齒輪嚙合過程中產生短期的“加載”、“卸載”效應，產生幅值調整和頻率調整信號，其在頻域上表現為以嚙合頻率為中心，以軸的旋轉頻率為間距的一組譜線，即邊頻帶。
③軸彎曲。旋轉軸當出現重度彎曲時，時域中通常會明顯地出現以一定時間為間隔的沖擊振動，邊帶數量多且密集。
④齒輪動不平衡。具有不平衡質量，或者偏心的齒輪在轉動過程中造成齒輪副的不穩定運行。在該不平衡力矩的激勵下，產生以調頻為主，調幅為輔的振動，將在嚙合頻率及其諧波兩側產生邊頻帶.受不平衡力的激勵，齒輪軸的旋轉頻率及其諧波的能量也有相應的增加。
⑤齒輪箱內部松動。在轉速較低的升速與降速過程中會出現突然隨機劇烈聲響，在時域圖上表現為突然大幅度斷續上升，具有較大的隨機性。
⑥齒輪齒根出現裂紋。時域表現為以齒輪旋轉頻率為頻率的沖擊脈沖，其頻域特征是以旋轉頻率處出現諧波。
3.應用實例二次圓筒混合機的齒輪減速機在運行點檢時發現其振動噪聲較大，隨之用測振儀測量一段軸的垂直振動值為7.95mm/s.發現齒輪減速機存在較大隱患，需要及時在線做出診斷和制定處理方案。兩齒輪嚙合時產生了振動，該振動頻率稱為嚙合頻率。嚙合頻率及其他一些高頻成分兩側是由于故障調制效應產生的邊頻帶。經計算，該齒輪減速機的軸和齒輪嚙合的特征頻率見表1。利用振通932雙通道振動信號分析儀及振通MCM3.0設備狀態監測診斷軟件進行測量、分析。首先，從齒輪減速機的加速度頻譜圖〔圖1)上發現，除齒輪轉頻之外還有1個比較明顯的頻率372.5H正好接近齒輪減速機一級嚙合頻率，且該處邊頻的頻率間隔為3.5Hzo zi與:2嚙合頻率符合測量頻率372.5Hz，說明第一級齒輪與第二級齒輪嚙合存在問題。其次，由于軸彎曲和齒輪本身存在的缺陷和故障均可產生調制現象。調制的載波頻率有三種:嚙合頻率及其高次諧波、齒輪諧振頻率、箱體諧振頻率。不同激勵能量有不同的調制振動:
①故障較輕.如輕微的軸彎曲或面積小、數最少的齒面點蝕，嚙合頻率為載頻，軸頻為調制頻率;
②故障較嚴重、激振能量較大時，齒輪本身的諧振頻率為載波頻率;③故障非常嚴重、激勵能量非常大時，箱體固有頻率為載波頻率。不同故障情況下，嚙合頻率呈現不同的形態:
①正常齒輪在一轉內時域平均信號，信號由均勻的嚙合頻率分量組成;
②齒輪安裝對中不良，嚙合頻率受幅值調制，調制頻率為轉頻及其低階諧頻
;③齒面嚴重磨損，嚙合頻率嚴重偏離正弦信號，由于是均勻磨損故振幅起伏不大;
④齒輪有局部剝落，振幅在某一部位有突跳。從圖I可看出是以一段軸齒輪的嚙合頻率和倍頻為載波頻率，并且二倍頻也比較明顯，通過對頻譜圖以及其邊頻帶分析，可知，故障主要是由齒形誤差引起的，原因是由齒輪安裝對中不良或者聯軸器安裝不同心造成的齒形誤差。為此，利用停機檢修時間拆解齒輪減速機，分別對齒輪表面進行清洗檢查，未發現點蝕或齒面磨損;檢查聯軸器對中發現，聯軸器對接縫處呈喇叭口形狀，這正是齒輪減速機頻譜異常的原因所在。重新找正電機和齒輪減速機對中后開機運行，噪聲降低、振動異常消失.頻譜正常。
