齿轮故障的振动诊断及案例分析

齿轮故障的振动诊断及案例分析

振动案例

 

       齿轮传动的常见故障有齿断裂，齿磨损， 齿面疲劳，点蚀( 剥落) 和齿轮安装不当。

        由结构和工作时受力条件决定， 齿轮传动的振动信号较为复杂， 故障诊断需同时进行时域与频域分析。 齿轮工作过程中的故障信号频率基本表现为两部分，一为啮合频率及其谐波 （高频部分) 构成的载波信号； 二为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。

1、啮合频率及其谐波

        当轮齿进入或脱离啮合时， 载荷和刚度均突然增大或减小，形成啮合冲击。 齿轮啮合频率为F_m=f₁·z₁=f₂·z₂当齿轮出现故障时，将引起啮合频率及其各次谐波幅值的变化。

2、 幅值调制和频率调制所构成的边频带

（1）幅值调制，幅值调制相当于两个信号在时域上相乘，假定载波信号为 g(t ) 调制信号为e(t) 则调制后的时域总信号为X(t)=g(t)·e(t)将上式转换到频域上, 则为 X(f)=g(f)·e(f)通常幅度调制的调制频率为旋转频率。

（2） 频率调制， 齿轮的转速波动， 若载波信号为Asin(2∏f_mt+Φ₀)，调制信号为βsin2∏f_mt； 频率调制可表示为X(t)=Asin[2∏f_mt+βsin(2∏f_rt)+ Φ₀] 频率调制不仅产生围绕啮合频率 f_m 的一族边频带， 而且在相位信号中产生一个正弦波， 通常频率调制的频率为分度不均匀齿轮的转频， 实际上，齿轮故障中调幅与调频现象可能同时存在，因而在频谱上得到调幅与调频综合影响下形成的边频带。

3、由齿轮转频的低次谐波构成的附加脉冲      

       齿轮的低频故障不平衡, 不对中等也会对齿轮振动时域波形产生影响，但不会在齿轮频率两侧产生边频带

4、 由齿轮加工误差形成的隐含成分

       该成分的振动通常由加工机床分度齿轮误差造成，它对齿轮的整体运行影响很小。以下是一个齿轮故障的案例分析。

1、 某采油平台原油外输泵 '螺杆泵) 传动齿轮局部断齿

（1） 设备形式及参数% 电机驱动直联双螺杆泵， 螺杆之间以同步齿轮传动， 齿轮齿数 Z=67，电机转速 ,n=995r/min（16.57HZ）

（2）故障现象

       泵的非驱动端 （同步齿轮安装在此侧) 振动速度值增加， 图 1图 2是时域波形及频谱图。

图 3 是图2 的局部细化谱

（3） 振动特征及分析。

        在时域波形图中 （图1 ) 出现明显的冲击峰值， 表明齿轮可能存在局部缺陷， 频谱图 （图2 ) 中有齿轮啮合频率及二倍谐频， 边频丰富， 从图3可以看到，边频为转子工频， 这说明啮合频率的振动幅值被转子工频冲击振动调制。

（4）结论， 齿轮局部缺陷。

        齿轮箱拆检后发现齿轮局部断齿， 缺陷齿共五个。

2、某浮式储油轮热介质提升泵齿轮啮合不良

（1）设备形式与参数.

        电机驱动直联齿轮泵，电机转速 N=1487r/min， 齿轮齿数Z=12

（2）故障现象

        该泵运行时发出连续尖啸，非驱动端轴承温度偏高， 非驱动端轴承位置的时域和频域谱见图 4 图 5

（3）振动特征及分析

        时域图中有很高的冲击值，频谱图中存在较高峰值的齿轮啮合频率及二倍频，且其振动速度值高于一倍频， 但边频很少且幅值较低， 表明齿轮啮合频率的振动并不是由于齿轮本身缺陷造成， 齿轮泵非驱动端轴承温度偏高，

（4）诊断结论# 由此可以判断

        该齿轮泵齿轮啮合严重不良，主要原因是两齿轮轴平行度超差，拆检后发现齿轮泵非驱动端的滑动轴承偏磨，造成两齿轮中心线不平行，导致齿轮啮合故障， 更换轴瓦后， 设备运行正常。

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