第8章齒輪箱故障診斷

1、 第八章第八章 齒輪箱故障診斷齒輪箱故障診斷主講：王林鴻教授、博士機(jī)械與汽車工程學(xué)院8.1 8.1 齒輪失效形式齒輪失效形式齒輪箱零件故障率統(tǒng)計(jì)齒輪箱零件故障率統(tǒng)計(jì)齒輪損傷發(fā)生的概率齒輪損傷發(fā)生的概率齒的斷裂分齒的斷裂分疲勞斷裂疲勞斷裂和和過(guò)負(fù)荷斷裂過(guò)負(fù)荷斷裂。齒根部的應(yīng)力集中齒根部的應(yīng)力集中1、齒的斷裂、齒的斷裂齒面疲勞主要包括齒面齒面疲勞主要包括齒面點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕與與剝落剝落。齒面點(diǎn)蝕分布區(qū)示意圖齒面點(diǎn)蝕分布區(qū)示意圖 由于由于點(diǎn)蝕面積的增長(zhǎng)率點(diǎn)蝕面積的增長(zhǎng)率與負(fù)荷的與負(fù)荷的循循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)有關(guān)，可定期檢測(cè)齒面點(diǎn)蝕的有關(guān)，可定期檢測(cè)齒面點(diǎn)蝕的面積率，預(yù)測(cè)需要維修的時(shí)間。面積率，預(yù)測(cè)需要維修的時(shí)間。

2、 隨著點(diǎn)蝕面積的增加，齒面必然成隨著點(diǎn)蝕面積的增加，齒面必然成為剝離狀態(tài)，因此，定期檢查潤(rùn)滑油為剝離狀態(tài)，因此，定期檢查潤(rùn)滑油中混雜的中混雜的剝離片剝離片，也可預(yù)測(cè)齒輪需要，也可預(yù)測(cè)齒輪需要維修的時(shí)間。維修的時(shí)間。2、齒面疲勞、齒面疲勞負(fù)荷循環(huán)次數(shù)與點(diǎn)蝕面積率的關(guān)系負(fù)荷循環(huán)次數(shù)與點(diǎn)蝕面積率的關(guān)系磨損后的齒廓磨損后的齒廓 齒輪磨損后，齒的齒輪磨損后，齒的厚度變厚度變薄薄，齒廓形狀變得瘦長(zhǎng)。工，齒廓形狀變得瘦長(zhǎng)。工作時(shí)產(chǎn)生動(dòng)載荷，不僅振動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生動(dòng)載荷，不僅振動(dòng)和噪聲加大，而且可能導(dǎo)致和噪聲加大，而且可能導(dǎo)致齒的折斷。齒的折斷。1）粘著磨損）粘著磨損2）磨粒磨損）磨粒磨損3）腐蝕磨損）腐蝕磨損3、

3、齒面磨損、齒面磨損1）齒面膠合）齒面膠合2）燒傷）燒傷4、齒面擦傷與劃痕、齒面擦傷與劃痕劃痕磨損量與負(fù)荷等級(jí)的關(guān)系劃痕磨損量與負(fù)荷等級(jí)的關(guān)系圖圖83 齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析82 齒輪的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征齒輪的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征圖圖8-38-3是齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析示意圖。是齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析示意圖。主動(dòng)輪角速度主動(dòng)輪角速度1 1，A A、B B分別為兩個(gè)嚙合點(diǎn)，分別為兩個(gè)嚙合點(diǎn)，O O1 1A OA O1 1B B，則則V VA A V VB B。而而O O2 2AOAO2 2B B，因因2 2V VB B/O/O2 2B B 、3 3V VA A/O/O2 2A A ，則則2 2

4、3 3。當(dāng)齒輪副只有一個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，被動(dòng)輪的角當(dāng)齒輪副只有一個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，被動(dòng)輪的角速度存在波動(dòng)；速度存在波動(dòng)；當(dāng)有兩個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，因?yàn)橹荒苡幸粋€(gè)角速當(dāng)有兩個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)，因?yàn)橹荒苡幸粋€(gè)角速度，因而在嚙合的輪齒上產(chǎn)生彈性變形度，因而在嚙合的輪齒上產(chǎn)生彈性變形力力，是一個(gè)隨時(shí)間變化的力是一個(gè)隨時(shí)間變化的力F FC C（t t）。）。輪齒承載位置和剛度的變化輪齒承載位置和剛度的變化振動(dòng)是不可避免的振動(dòng)是不可避免的恒轉(zhuǎn)速的主動(dòng)輪導(dǎo)致從動(dòng)輪的速度波動(dòng)和彈性變恒轉(zhuǎn)速的主動(dòng)輪導(dǎo)致從動(dòng)輪的速度波動(dòng)和彈性變形力的變化；形力的變化；恒轉(zhuǎn)矩的主動(dòng)輪導(dǎo)致從動(dòng)輪變化的嚙合力和轉(zhuǎn)矩；恒轉(zhuǎn)矩的主動(dòng)輪導(dǎo)致從動(dòng)輪變化的嚙合力和轉(zhuǎn)矩；嚙

5、合齒對(duì)的綜合剛度隨嚙合點(diǎn)而變化；嚙合齒對(duì)的綜合剛度隨嚙合點(diǎn)而變化；決定齒輪的嚙合振動(dòng)是不可避免的，無(wú)論正常與決定齒輪的嚙合振動(dòng)是不可避免的，無(wú)論正常與否，而且具有非線性特征（多次諧波、分諧波）否，而且具有非線性特征（多次諧波、分諧波）。 齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)一對(duì)齒輪的力學(xué)模型一對(duì)齒輪的力學(xué)模型)()(21tKxtKxCxM x在齒面接觸力作用下沿嚙合線產(chǎn)生的齒輪相對(duì)位移在齒面接觸力作用下沿嚙合線產(chǎn)生的齒輪相對(duì)位移M齒輪副的等效質(zhì)量齒輪副的等效質(zhì)量C齒輪嚙合阻尼齒輪嚙合阻尼 K(t)齒輪嚙合剛度，隨時(shí)間齒輪嚙合剛度，隨時(shí)間t變化變化2121mmmmM齒輪受載后的平均靜彈性變形齒輪

6、受載后的平均靜彈性變形 齒輪傳動(dòng)誤差和故障激勵(lì)所引起兩齒輪間的相對(duì)位移。齒輪傳動(dòng)誤差和故障激勵(lì)所引起兩齒輪間的相對(duì)位移。1221xxxC)(tK1m2m1n2n1T2T1x2x齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì))()(21tKxtKxCxM 激勵(lì)源由兩部分組成：激勵(lì)源由兩部分組成： 稱為稱為常規(guī)嚙合激勵(lì)常規(guī)嚙合激勵(lì)，也即無(wú)故，也即無(wú)故障的正常齒輪在嚙合過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生的向量振動(dòng)。障的正常齒輪在嚙合過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生的向量振動(dòng)。 是由是由系統(tǒng)的系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)內(nèi)部激勵(lì)和和外部激勵(lì)外部激勵(lì)產(chǎn)生的，齒輪故障振動(dòng)主要由這部產(chǎn)生的，齒輪故障振動(dòng)主要由這部分激勵(lì)引起，所以也稱為齒輪的分激勵(lì)引起，所以也稱為齒輪的

7、“故障函數(shù)故障函數(shù)”。 內(nèi)部激勵(lì)內(nèi)部激勵(lì)是指輪齒在嚙合過(guò)程中由于是指輪齒在嚙合過(guò)程中由于缺陷或故障缺陷或故障產(chǎn)生的激勵(lì)產(chǎn)生的激勵(lì)。如齒輪由于制造不精確、裝配質(zhì)量低產(chǎn)生的輪齒周節(jié)誤差、。如齒輪由于制造不精確、裝配質(zhì)量低產(chǎn)生的輪齒周節(jié)誤差、齒形誤差、齒輪偏心、質(zhì)量不平衡、軸線不對(duì)中等故障，還有齒形誤差、齒輪偏心、質(zhì)量不平衡、軸線不對(duì)中等故障，還有運(yùn)行中產(chǎn)生的齒面疲勞、擦傷、磨損和斷裂等故障帶給齒輪的運(yùn)行中產(chǎn)生的齒面疲勞、擦傷、磨損和斷裂等故障帶給齒輪的激勵(lì)。激勵(lì)。 外部激勵(lì)外部激勵(lì)則與齒輪本身問(wèn)題無(wú)關(guān)，是齒輪則與齒輪本身問(wèn)題無(wú)關(guān)，是齒輪外部輸入的激勵(lì)外部輸入的激勵(lì)，但也影響到齒輪的振動(dòng)情況。例如滾

8、動(dòng)軸承故障的傳遞、負(fù)載但也影響到齒輪的振動(dòng)情況。例如滾動(dòng)軸承故障的傳遞、負(fù)載力矩波動(dòng)、摩擦離合器發(fā)生的摩擦激勵(lì)等。力矩波動(dòng)、摩擦離合器發(fā)生的摩擦激勵(lì)等。1)(tK2)(tK1 .剛度激勵(lì)剛度激勵(lì)2121KKKKK式中，式中， 和和 分別為主動(dòng)輪和被動(dòng)輪的單齒剛度。分別為主動(dòng)輪和被動(dòng)輪的單齒剛度。單齒剛度單齒剛度隨隨嚙合位置的變化嚙合位置的變化而變化。而變化。1K2K 綜合剛度的大小還與齒輪的綜合剛度的大小還與齒輪的重合度重合度有關(guān)。重合度用來(lái)表示直有關(guān)。重合度用來(lái)表示直齒齒輪嚙合時(shí)接觸輪齒的平均對(duì)數(shù)。齒齒輪嚙合時(shí)接觸輪齒的平均對(duì)數(shù)。 大多數(shù)齒輪嚙合的重合度不是整數(shù)，在嚙合過(guò)程中參與嚙合大多數(shù)齒

9、輪嚙合的重合度不是整數(shù)，在嚙合過(guò)程中參與嚙合的輪齒對(duì)數(shù)隨時(shí)間而作周期性變化，因而輪齒嚙合的綜合剛度的輪齒對(duì)數(shù)隨時(shí)間而作周期性變化，因而輪齒嚙合的綜合剛度也隨時(shí)間而作周期性變化。也隨時(shí)間而作周期性變化。（a）嚙合齒上的作用力）嚙合齒上的作用力 （b）嚙合齒的剛度）嚙合齒的剛度（c）齒輪發(fā)生的振動(dòng)）齒輪發(fā)生的振動(dòng) 直齒嚙合過(guò)程中的力和剛度變化直齒嚙合過(guò)程中的力和剛度變化2.2.傳動(dòng)誤差傳動(dòng)誤差1、制造誤差、制造誤差 傳動(dòng)誤差傳動(dòng)誤差構(gòu)成了齒輪振動(dòng)和噪聲的構(gòu)成了齒輪振動(dòng)和噪聲的主要激發(fā)源主要激發(fā)源。傳動(dòng)誤差大。傳動(dòng)誤差大，則齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由于，則齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由于進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)的碰撞加劇進(jìn)入和脫離

10、嚙合時(shí)的碰撞加劇，產(chǎn)生，產(chǎn)生較高的振動(dòng)峰值，并且形成短暫時(shí)間的幅值變化和相位變化。較高的振動(dòng)峰值，并且形成短暫時(shí)間的幅值變化和相位變化。（a）齒輪的偏心和周節(jié)誤差）齒輪的偏心和周節(jié)誤差（b）齒輪的齒形誤差）齒輪的齒形誤差2、裝配誤差、裝配誤差 齒的寬度方向上接觸面積少，造成輪齒負(fù)荷不均。齒輪軸齒的寬度方向上接觸面積少，造成輪齒負(fù)荷不均。齒輪軸不平行產(chǎn)生載荷沖擊，容易造成齒的斷裂。不平行產(chǎn)生載荷沖擊，容易造成齒的斷裂。 （a）一端接觸）一端接觸（b）兩齒輪軸不平行）兩齒輪軸不平行3、輪齒損傷誤差、輪齒損傷誤差 齒輪在運(yùn)行中由于各種故障形成的齒輪在運(yùn)行中由于各種故障形成的齒面損傷齒面損傷，在齒輪傳

11、動(dòng)中，在齒輪傳動(dòng)中就會(huì)產(chǎn)生齒輪的就會(huì)產(chǎn)生齒輪的傳動(dòng)誤差傳動(dòng)誤差激勵(lì)。激勵(lì)。傳動(dòng)誤差激勵(lì)正是我們?cè)\斷齒傳動(dòng)誤差激勵(lì)正是我們?cè)\斷齒輪故障的信息來(lái)源輪故障的信息來(lái)源。4、外部激勵(lì)誤差、外部激勵(lì)誤差 外部激勵(lì)的因素較多，負(fù)載波動(dòng)引起齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、滾外部激勵(lì)的因素較多，負(fù)載波動(dòng)引起齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、滾動(dòng)軸承故障的傳遞、摩擦離合器力矩變化產(chǎn)生的影響等，這些動(dòng)軸承故障的傳遞、摩擦離合器力矩變化產(chǎn)生的影響等，這些故障信號(hào)雖然是從輪齒的外部輸入，但是影響到輪齒上的嚙合故障信號(hào)雖然是從輪齒的外部輸入，但是影響到輪齒上的嚙合力和彈性變形，其最終結(jié)果就是產(chǎn)生輪齒的力和彈性變形，其最終結(jié)果就是產(chǎn)生輪齒的傳動(dòng)誤差傳動(dòng)

12、誤差。3.3.嚙合沖擊嚙合沖擊 齒輪在嚙合過(guò)程中，由于輪齒齒輪在嚙合過(guò)程中，由于輪齒誤差和受載彈性變形的影響，輪誤差和受載彈性變形的影響，輪齒齒進(jìn)入嚙合點(diǎn)和退出嚙合點(diǎn)進(jìn)入嚙合點(diǎn)和退出嚙合點(diǎn)與與理理論值發(fā)生偏差論值發(fā)生偏差，因而在進(jìn)入嚙合，因而在進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)均會(huì)發(fā)生沖擊，稱和退出嚙合時(shí)均會(huì)發(fā)生沖擊，稱為為“嚙合沖擊嚙合沖擊”。 嚙合沖擊是一種嚙合沖擊是一種周期性的沖擊周期性的沖擊力力。齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析齒輪副的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 齒輪故障的特征信息齒輪故障的特征信息 齒輪工作過(guò)程中的故障信號(hào)頻率基本上表現(xiàn)為兩部分：一部分齒輪工作過(guò)程中的故障信號(hào)頻率基本上表現(xiàn)為兩部分：一部分為齒輪為齒輪嚙合頻率嚙

13、合頻率及其諧波構(gòu)成的及其諧波構(gòu)成的載波信號(hào)載波信號(hào)，另一部分為，另一部分為低頻低頻成分成分的幅值和相位變化所構(gòu)成的的幅值和相位變化所構(gòu)成的調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)包括了幅值調(diào)制。調(diào)制信號(hào)包括了幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。和頻率調(diào)制。 從頻域和時(shí)域上觀察，齒輪的主要特征成分有：從頻域和時(shí)域上觀察，齒輪的主要特征成分有：1）嚙合頻率嚙合頻率及其諧波成分。及其諧波成分。2）幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所形成的）幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所形成的邊頻帶邊頻帶。3）由齒輪轉(zhuǎn)速頻率的低次諧波所構(gòu)成的）由齒輪轉(zhuǎn)速頻率的低次諧波所構(gòu)成的附加脈沖附加脈沖。4）由齒輪加工誤差形成的）由齒輪加工誤差形成的隱含成分隱含成分。齒輪嚙合的特征頻

14、率齒輪嚙合的特征頻率嚙合頻率嚙合頻率 振動(dòng)的特征頻率就是嚙合頻率振動(dòng)的特征頻率就是嚙合頻率。其計(jì)算公式如下：。其計(jì)算公式如下： 齒輪一階嚙合頻率齒輪一階嚙合頻率 f fC0C0 (n/60)(n/60)* *z z 嚙合頻率的高次諧波嚙合頻率的高次諧波 f fCiCii if fCD CD i=2i=2、3 3、4 4、 n n 其中：其中：n n齒輪軸的轉(zhuǎn)速（齒輪軸的轉(zhuǎn)速（r/minr/min） z z齒輪的齒數(shù)齒輪的齒數(shù)齒輪嚙合的特征頻率齒輪嚙合的特征頻率邊頻帶邊頻帶由于傳遞的扭矩隨著嚙合而改變，使轉(zhuǎn)軸發(fā)生扭振。由于傳遞的扭矩隨著嚙合而改變，使轉(zhuǎn)軸發(fā)生扭振。由于轉(zhuǎn)軸上鍵槽等非均布結(jié)構(gòu)使剛度

15、變化，扭振振幅由于轉(zhuǎn)軸上鍵槽等非均布結(jié)構(gòu)使剛度變化，扭振振幅也按照軸的轉(zhuǎn)動(dòng)也按照軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻頻率率變變化化。這個(gè)扭振對(duì)齒輪的嚙合振動(dòng)產(chǎn)生了調(diào)制作用，從而在這個(gè)扭振對(duì)齒輪的嚙合振動(dòng)產(chǎn)生了調(diào)制作用，從而在齒輪嚙合頻率的兩邊產(chǎn)生出以軸頻為間隔的邊頻帶。齒輪嚙合頻率的兩邊產(chǎn)生出以軸頻為間隔的邊頻帶。邊頻帶包含了齒輪故障的豐富信息。邊頻帶包含了齒輪故障的豐富信息。 嚙合的異常狀況嚙合的異常狀況反映到邊頻帶，造成邊頻帶的分布和形態(tài)都發(fā)生改變。反映到邊頻帶，造成邊頻帶的分布和形態(tài)都發(fā)生改變。幅值調(diào)制與頻率調(diào)制幅值調(diào)制與頻率調(diào)制齒輪邊頻帶的形成齒輪邊頻帶的形成一、功率譜分析法：一、功率譜分析法： 幅值譜也能進(jìn)行

16、類似的分析，但由于功率譜是幅值譜也能進(jìn)行類似的分析，但由于功率譜是幅值的平方關(guān)系，所以功率譜比幅值譜更能突出嚙合幅值的平方關(guān)系，所以功率譜比幅值譜更能突出嚙合頻率及其諧波等線狀譜成分而減少了隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)引頻率及其諧波等線狀譜成分而減少了隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)引起的一些起的一些“毛刺毛刺”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。83 齒輪的故障分析方法齒輪的故障分析方法二邊頻帶分析法二邊頻帶分析法一般從兩方面進(jìn)行邊頻帶分析一般從兩方面進(jìn)行邊頻帶分析： 一是利用邊頻帶的頻率對(duì)稱性，找出一是利用邊頻帶的頻率對(duì)稱性，找出 f fz znfnfr r（n=1n=1、2 2、3 3 ）的頻率關(guān)系，確定是）的頻率關(guān)系，確定是否為一組邊頻帶。如果

17、是邊頻帶，則可知道嚙合否為一組邊頻帶。如果是邊頻帶，則可知道嚙合頻率頻率Z Z和調(diào)制信號(hào)頻率和調(diào)制信號(hào)頻率r r。 二是比較各次測(cè)量中邊頻帶幅值的變化趨二是比較各次測(cè)量中邊頻帶幅值的變化趨勢(shì)。勢(shì)。邊頻帶形式和間隔蘊(yùn)含信息邊頻帶形式和間隔蘊(yùn)含信息：1 1）當(dāng)邊頻間隔為旋轉(zhuǎn)頻率）當(dāng)邊頻間隔為旋轉(zhuǎn)頻率r r指示出問(wèn)題齒輪所在的指示出問(wèn)題齒輪所在的軸。軸。2 2）齒輪的點(diǎn)蝕等分布故障的邊頻帶，其邊頻階數(shù)少）齒輪的點(diǎn)蝕等分布故障的邊頻帶，其邊頻階數(shù)少而集中在嚙合頻率及其諧頻的兩側(cè)而集中在嚙合頻率及其諧頻的兩側(cè)( (參見(jiàn)圖參見(jiàn)圖8 8- -6)6)。3 3）齒輪的剝落、）齒輪的剝落、齒根裂紋及部分?jǐn)帻X等局

18、部故障，齒根裂紋及部分?jǐn)帻X等局部故障，其特點(diǎn)是邊帶階數(shù)多而譜線分散其特點(diǎn)是邊帶階數(shù)多而譜線分散。( (參見(jiàn)圖參見(jiàn)圖8 8- -7)7)。圖87圖86三倒頻譜分析法三倒頻譜分析法圖88 用倒頻譜分析齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中的邊頻帶功率譜：頻率f/kHz；倒頻譜：周期時(shí)間/ms四齒輪故障信號(hào)的頻域特征四齒輪故障信號(hào)的頻域特征齒輪正常時(shí)的頻譜齒輪正常時(shí)的頻譜 正常齒輪的頻譜表示高速齒輪和低速齒輪的轉(zhuǎn)速，齒輪的嚙合頻率正常齒輪的頻譜表示高速齒輪和低速齒輪的轉(zhuǎn)速，齒輪的嚙合頻率( (GMF)GMF)和非常小的齒輪嚙合頻率的諧波頻率。齒輪的嚙合頻率和非常小的齒輪嚙合頻率的諧波頻率。齒輪的嚙合頻率( (GMF)GM

19、F)通常在通常在它們的兩側(cè)有高、低速齒輪的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。所有尖峰的幅值都很小，沒(méi)它們的兩側(cè)有高、低速齒輪的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。所有尖峰的幅值都很小，沒(méi)有激起齒輪的自然頻率。有激起齒輪的自然頻率。 已知齒輪的齒數(shù)時(shí)，建議頻率范圍已知齒輪的齒數(shù)時(shí)，建議頻率范圍FmaxFmax設(shè)定為設(shè)定為3.253.25XGMF(XGMF(最低最低) )，如果，如果不知道齒輪的齒數(shù)，把頻率范圍不知道齒輪的齒數(shù)，把頻率范圍FmaxFmax設(shè)定為每根軸的轉(zhuǎn)速的設(shè)定為每根軸的轉(zhuǎn)速的200200倍。倍。 齒輪磨損故障齒輪磨損故障 齒磨損的關(guān)鍵指示是激起齒輪的自然頻率齒磨損的關(guān)鍵指示是激起齒輪的自然頻率 ( (Fn)Fn)和在此齒

20、輪自然頻率和在此齒輪自然頻率兩側(cè)伴有磨損的齒的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。當(dāng)齒磨損明顯時(shí)，雖然邊帶的幅值高兩側(cè)伴有磨損的齒的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。當(dāng)齒磨損明顯時(shí)，雖然邊帶的幅值高并且在齒輪嚙合頻率并且在齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)兩側(cè)出現(xiàn)的邊帶數(shù)增多，但是齒輪嚙合頻率兩側(cè)出現(xiàn)的邊帶數(shù)增多，但是齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)的幅值可能變化也可能不變化。邊帶是比齒輪嚙合頻率的幅值可能變化也可能不變化。邊帶是比齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)本身更本身更好的齒磨損的指示。而且，好的齒磨損的指示。而且，雖然齒輪嚙合頻率的幅值是可以接受的，但是雖然齒輪嚙合頻率的幅值是可以接受的，但是2 2GMFGMF或或3 3G

21、MF(GMF(尤其是尤其是3 3GMF)GMF)的幅值經(jīng)常很高。的幅值經(jīng)常很高。齒輪承受大的負(fù)載齒輪承受大的負(fù)載 齒輪嚙合頻率齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)往往對(duì)齒的負(fù)載非常敏感。齒輪嚙合頻率往往對(duì)齒的負(fù)載非常敏感。齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)的的幅值高未必一定指示有故障，尤其是如果邊帶頻率幅值保持較小，沒(méi)有激幅值高未必一定指示有故障，尤其是如果邊帶頻率幅值保持較小，沒(méi)有激起齒輪自然頻率的時(shí)候。為了頻譜比較有意義，每次測(cè)量分析都應(yīng)該在系起齒輪自然頻率的時(shí)候。為了頻譜比較有意義，每次測(cè)量分析都應(yīng)該在系統(tǒng)處于最大負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行。統(tǒng)處于最大負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行。齒輪在大負(fù)載下的作用下振動(dòng)頻譜

22、的特征齒輪偏心齒輪偏心 1 1齒輪偏心激起齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率。它們也可能在齒齒輪偏心激起齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率。它們也可能在齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)產(chǎn)生許多邊帶。輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)產(chǎn)生許多邊帶。 2 2產(chǎn)生嚙合頻率振動(dòng)邊帶是因?yàn)槠凝X輪的轉(zhuǎn)頻調(diào)制了齒輪自振產(chǎn)生嚙合頻率振動(dòng)邊帶是因?yàn)槠凝X輪的轉(zhuǎn)頻調(diào)制了齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率，齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)都有偏心頻率和齒輪嚙合頻率，齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)都有偏心的齒輪的齒輪1 1X X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶。如果偏心齒輪與嚙合的齒輪一起被強(qiáng)制轉(zhuǎn)速頻率的邊帶。如果偏心齒輪與嚙合的齒輪一起被強(qiáng)制壓向齒底下的話，偏心的

23、齒輪可產(chǎn)生很大的應(yīng)力和振動(dòng)。壓向齒底下的話，偏心的齒輪可產(chǎn)生很大的應(yīng)力和振動(dòng)。 3. 3.嚙合頻率右側(cè)邊帶的峰值要大于左側(cè)邊帶峰值。嚙合頻率右側(cè)邊帶的峰值要大于左側(cè)邊帶峰值。齒輪偏心和齒隙游移的頻譜齒輪不對(duì)中齒輪不對(duì)中 齒輪不對(duì)中幾乎總是激起第二階或高階齒輪嚙合頻率齒輪不對(duì)中幾乎總是激起第二階或高階齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)諧波頻率，并且它們都伴有轉(zhuǎn)速邊帶。往往只顯示小的齒輪嚙合諧波頻率，并且它們都伴有轉(zhuǎn)速邊帶。往往只顯示小的齒輪嚙合頻率頻率 ( (GMF)GMF)的幅值，但是的幅值，但是2 2 x(GMF)x(GMF)或或3 3( (GMF)GMF)的幅值較高。設(shè)定的幅值較高。設(shè)定足

24、以采集至少足以采集至少3 3( (GMF)GMF)諧波頻率的諧波頻率的F maxF max最高頻率范圍很重要。最高頻率范圍很重要。而且，而且，2 2( (GMF)GMF)兩側(cè)常伴有兩側(cè)常伴有2 2轉(zhuǎn)速頻率邊帶。請(qǐng)注意，轉(zhuǎn)速頻率邊帶。請(qǐng)注意， 由于由于齒不對(duì)中，齒輪嚙合頻率齒不對(duì)中，齒輪嚙合頻率( (GMF)GMF)及其諧波頻率的左側(cè)和右側(cè)的邊及其諧波頻率的左側(cè)和右側(cè)的邊帶頻率的幅值不等，引起不均勻磨損。帶頻率的幅值不等，引起不均勻磨損。指示齒輪不對(duì)中的頻譜 齒輪的破碎或斷齒齒輪的破碎或斷齒 存在裂紋、破碎或斷齒的齒輪將產(chǎn)生該齒輪存在裂紋、破碎或斷齒的齒輪將產(chǎn)生該齒輪1 1X X轉(zhuǎn)頻振動(dòng)及該齒輪

25、自振轉(zhuǎn)頻振動(dòng)及該齒輪自振頻率的振動(dòng)，并且，在齒輪自振頻率兩側(cè)有齒輪轉(zhuǎn)速的邊帶大的振動(dòng)。這個(gè)頻率的振動(dòng)，并且，在齒輪自振頻率兩側(cè)有齒輪轉(zhuǎn)速的邊帶大的振動(dòng)。這個(gè)特性與有大的、明顯的剝落的齒的齒輪的特性一樣。當(dāng)然，不平衡的齒輪也特性與有大的、明顯的剝落的齒的齒輪的特性一樣。當(dāng)然，不平衡的齒輪也會(huì)引起會(huì)引起1 1X X轉(zhuǎn)速頻率的大振動(dòng)。因此，如下圖所示的時(shí)域波形對(duì)確定主要問(wèn)題轉(zhuǎn)速頻率的大振動(dòng)。因此，如下圖所示的時(shí)域波形對(duì)確定主要問(wèn)題是不平衡還是齒輪的斷齒問(wèn)題大有幫助。是不平衡還是齒輪的斷齒問(wèn)題大有幫助。狀態(tài)良好的齒輪與有一個(gè)斷齒齒輪的狀態(tài)良好的齒輪與有一個(gè)斷齒齒輪的時(shí)域波形的比較時(shí)域波形的比較 84

26、齒輪故障診斷案例齒輪故障診斷案例 例例8-18-1：宣龍高速線材公司宣龍高速線材公司20062006年年9 9月，發(fā)現(xiàn)精軋?jiān)?，發(fā)現(xiàn)精軋22#22#軋機(jī)輥箱軋機(jī)輥箱振動(dòng)增大。圖振動(dòng)增大。圖8 81010是傳動(dòng)系統(tǒng)圖。是傳動(dòng)系統(tǒng)圖。9月月14日的頻譜圖日的頻譜圖調(diào)出這一期間的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的趨勢(shì)圖和頻譜圖。在調(diào)出這一期間的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的趨勢(shì)圖和頻譜圖。在9 9月月1414日的頻譜圖上明顯看到日的頻譜圖上明顯看到Z5/Z6Z5/Z6的嚙合頻率譜線。見(jiàn)圖的嚙合頻率譜線。見(jiàn)圖8 81111。圖811 9月14日的振動(dòng)頻譜圖特征頻率表特征頻率表表表8 81 1（2222特征頻特征頻# #

27、軋機(jī)軋機(jī) 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為1047r/min1047r/min，譜圖數(shù)據(jù)），譜圖數(shù)據(jù)） 由特征頻率表可見(jiàn)，由特征頻率表可見(jiàn)，2222架輥箱的架輥箱的Z5/Z6Z5/Z6嚙合頻率嚙合頻率（1072.6Hz=34.603HzX311072.6Hz=34.603HzX31齒齒），振，振幅在幅在9 9月月1414日為日為1.71m/s1.71m/s2 2，其兩側(cè)，其兩側(cè)有較寬的邊頻帶，間隔為有較寬的邊頻帶，間隔為35.085Hz35.085Hz，與錐箱，與錐箱IIII軸的轉(zhuǎn)頻（軸的轉(zhuǎn)頻（34.603 Hz34.603 Hz）基本一致?；疽恢隆Ｐ蛱?hào)故 障 信 號(hào)頻率 (Hz)計(jì)算特征頻率 (Hz)振幅絕對(duì)

28、誤差（Hz）相 對(duì) 誤 差%可信度%故障部位及性質(zhì)分析11037.5981037.5931.2810.0050100Z5/Z6嚙合頻率錐箱II軸轉(zhuǎn)頻21072.6831071.7731.7110.910.085100Z5/Z6嚙合頻率31105.9571105.9530.9460.0040100Z5/Z6嚙合頻率錐箱II軸轉(zhuǎn)頻42143.5552143.5461.9620.00901002倍Z5/Z6嚙合頻率診斷結(jié)論：診斷結(jié)論：從圖從圖8 81111的頻譜圖上可看出，的頻譜圖上可看出，22#22#輥箱輥箱Z5/Z6Z5/Z6嚙合頻率幅嚙合頻率幅值比較突出且有上升趨勢(shì)，在其兩側(cè)有邊頻出現(xiàn)，邊頻值

29、比較突出且有上升趨勢(shì)，在其兩側(cè)有邊頻出現(xiàn)，邊頻間隔分別為間隔分別為35.085 Hz35.085 Hz，與錐箱，與錐箱IIII軸的轉(zhuǎn)頻（軸的轉(zhuǎn)頻（34.603 Hz34.603 Hz）基本一致，說(shuō)明基本一致，說(shuō)明2222錐箱錐箱 II II軸上的齒輪存在故障隱患。軸上的齒輪存在故障隱患。從圖從圖8 81111的時(shí)域波形中可以看出有輕微的周期性沖擊信的時(shí)域波形中可以看出有輕微的周期性沖擊信號(hào)，沖擊周期為號(hào)，沖擊周期為0.028S0.028S，相應(yīng)頻率為，相應(yīng)頻率為(1/0.028=35.71Hz)(1/0.028=35.71Hz)，正好為正好為2222架錐箱架錐箱IIII軸的轉(zhuǎn)頻軸的轉(zhuǎn)頻(36.

30、85 Hz)(36.85 Hz)一致，這表明問(wèn)一致，這表明問(wèn)題就出在題就出在2222架錐箱架錐箱IIII軸的齒輪上。軸的齒輪上。建議廠方立即對(duì)建議廠方立即對(duì)2222架錐箱架錐箱IIII軸上的齒輪軸上的齒輪Z5Z5（3131齒）進(jìn)行齒）進(jìn)行檢查。檢查。事后復(fù)核事后復(fù)核廠方于廠方于20062006年年1111月份對(duì)拆卸下的精軋?jiān)路輰?duì)拆卸下的精軋2222架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)輥輥箱箱IIII軸軸上上Z5(31Z5(31齒齒) )齒輪齒輪的輪的輪齒齒已破損已破損（見(jiàn)圖（見(jiàn)圖8-128-12和圖和圖8-138-13），與診斷分析結(jié)），與診斷分析結(jié)論相符。論相符。當(dāng)時(shí)廠方曾進(jìn)一步問(wèn)過(guò)：估計(jì)是什么性質(zhì)的故障，能否繼續(xù)生產(chǎn)？當(dāng)時(shí)廠方曾進(jìn)一步問(wèn)過(guò)：估計(jì)是