齿轮箱偏心故障诊断案例

齿轮箱偏心故障诊断案例

振动案例

        齿轮箱是机械传动中应用非常广泛的一种通用部件，一般由若干组齿轮、轴、轴承、联轴器、润滑装置及箱体等部分组成，承担着传递动力与运动的重任。在机器运行过程中，由于正常磨损与疲劳、设计不当、制造装配的误差、维护保养不善以及操作失误等原因均能导致故障的产生，其中以轴系、齿轮等较易失效。一般情况下，当齿轮箱发生某些故障时，故障的特征频率的谐波会大量出现，同时其周边会存在许多边频带，利用振动信号的边带特征，可以对齿轮箱某些故障进行有效诊断。

1、调制原理

        在齿轮箱的振动频谱中，常见到特征频率或其高阶谐频附近存在一些等间距的频率成分，这些频率成分称为边频带。边频带的产生主要与振动信号被调制有关，调制在数学上可分为幅值调制、频率调制和相位调制。

        幅值调制从数学上看，相当于两个信号在时域相乘，在频域上，相当于两个信号的卷积。这两个信号，频率相对较高的，称为载波，而另外一个频率相对较低的，称为调制波。在齿轮箱振动信号中，高的特征频率是载波成分，齿轮轴上的旋转的故障频率成分通常是调制波成分。以最简单的情况为例，设高的载波信号为

2、应用实例

2．1设备故障介绍及测试方案选择

        图1为某设备传动简图，最近发现在高速过程中齿轮箱的振动较大，出现故障特征。为找到故障产生的原因，需要对存在故障的齿轮箱进行振动测试研究。该齿轮箱内齿轮为单向斜齿啮合。加速度传感器布置在输入轴和输出轴的轴承部位。测试传感器共用了4个，1号测点为输入轴水平径向，2、3号测点为输出轴水平径向。4号测点为轴向。具体测试系统示意如图2所示。

       为分析方便，需分别对齿轮箱各轴的转频及啮合频率进行计算，计算结果如表1所示。

2．2振动故障信号分析

       从所测试的4个通道中，找出典型的特征时域信号进行分析。4个通道中的加速度振动信号具有故障特征的振动信号是一轴测点一水平径向所采集到的振动信号，截取一段该段信号如图3所示。图3为可以看出齿轮箱存在很明显的幅值调制现象。且每个波峰的间隔大约为0．46 s，即为21．74 Hz，因为一轴转频为22．05 Hz，故可认为此即为一轴转频。

        为进行更为准确的判断，对图3信号进行频谱分析，得幅频谱如图4所示。图4中，分别用标号1、2、3和4标出了4个特征点。由图4可知图上点3(3516，0．6739)所对应的频率为一轴上的特征频率，在其两边有等距的转频边带产生，2(3494，0．1851)、3(3516，0．6739)、4(3538，0．1834)三点间距为22 Hz。按照齿轮箱故障调制理论，在齿轮轴具有偏心故障时，在某一特征频率旁，通常会带有转速频率的边带。

         综合上述情况，判断一轴上的齿轮存在偏心或轴存在偏心。故障应具有不对中特征。

        按照检查先易后难的原则，进行故障部位判断。先检查电机轴上的码盘装配情况。检查发现，电机轴与码盘间的花键联结不好，工作时与花键轴联结的码盘相对电机轴存在偏心。将码盘重新对中固定后，高速轧制时强烈的振动消除，齿轮箱运行工况正常。图5为检修后1测点振动信号的频谱图，为具有可比性，将图4和图5采用等高度的纵坐标。图5显示齿轮箱故障消除后，特征频率幅值大幅减小，边带消失，并且该特征频率的频率值也发生变化。

      

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