機器振動特征分析(3)齒輪.ppt

齒輪故障皮帶傳動問題 機器振動特征分析 3 齒輪振動的特點 嚙合頻率 齒數(shù)X轉(zhuǎn)速 嚙合頻率 GMF 不像軸承故障頻率那樣重要 所有嚙合的齒都產(chǎn)生一定幅值的嚙合頻率 所有嚙合頻率都有一定幅值的齒輪轉(zhuǎn)速的邊帶 如果齒輪狀態(tài)良好 并且彼此良好配合 沒有明顯的不對中 齒輪游移或齒輪偏心 則嚙合頻率 GMF 及其諧波頻率和那些邊帶頻率的幅值應該很小 尤其是那些邊帶 振動分析可檢測齒輪的故障 齒的磨損齒承受過大負載齒輪偏心或齒隙游移齒破裂或斷齒齒輪組合狀態(tài)問題追逐齒問題 齒輪振動測量位置選擇 在每個可接近的軸承座進行振動測量 傳感器應該盡可能固定在靠近軸承承 通常是只能在距軸承有一定距離的地方測量 這種情況下 應確保框架或內(nèi)部腹板直接連到軸承座上 在這些地方布置傳感器并盡可能接近 在三個方向 HVA 進行振動測量 尤其是當齒輪主要在一個方向產(chǎn)生力 或者由于負載變化 每次監(jiān)測可能不一樣的情況下 傘齒輪 兩級減速齒輪箱測量典型設置 齒輪振動測量方向和參數(shù)設定 螺旋 斜齒和傘齒輪 產(chǎn)生明顯的軸向振動 最佳的監(jiān)測位置往往在軸向 對直齒圓柱齒輪 在徑向評定最好 但有時可能會存在明顯的軸向振動 尤其是齒的對準有問題時 頻率范圍Fmax 3 25XGMF 經(jīng)常遇到GMF處沒有什么振動 但在2GMF或3GMF處出現(xiàn)比GMF基頻大得多的振動多數(shù)PMP中 在每個齒輪位置進行兩個頻率范圍的測量 用低頻范圍評定不平衡 不對中 松動和電氣故障等 用另一高頻范圍評定齒輪的狀態(tài) 齒輪振動特征頻率 齒輪正常振動頻譜 已知齒輪的齒數(shù)時 建議Fmax設定為3 25XGMF 最低 如果不知道齒數(shù) Fmax設定為軸的轉(zhuǎn)速的200倍 高速齒輪和低速齒輪的轉(zhuǎn)速嚙合頻率 GMF 和非常小的嚙合頻率的諧波頻率嚙合頻率 GMF 通常兩側(cè)有高 低速齒輪的轉(zhuǎn)速頻率邊帶所有尖峰值都很小 沒有激起齒輪的自然頻率 齒輪磨損故障 激起齒輪的固有頻率 Fn 和在此齒輪共振頻率兩側(cè)伴有磨損的齒輪轉(zhuǎn)速邊帶 當齒磨損明顯時 GMF兩側(cè)邊帶的幅值增高并且數(shù)增增多 但GMF的幅值可能變化也可能不變化 邊帶是更好的齒磨損指示 雖然GMF的幅值是可以接受的 但是2XGMF或3XGMF 尤其是3XGMF 的幅值經(jīng)常很高 齒輪承受大的負載 GMF往往對齒的負載非常敏感 GMF幅值高未必一定指示有故障 尤其是如果邊帶幅值較小 沒有激起齒輪自然頻率的時候 每次測量分析都應該在系統(tǒng)處于最大負載 齒輪偏心和齒隙游移 激起齒輪自振頻率和嚙合頻率 也可能在自振頻率和嚙合頻率兩側(cè)產(chǎn)生許多偏心齒輪1X轉(zhuǎn)率的邊帶 如果偏心齒輪與嚙合的齒輪一起被強制壓向齒底下的話 偏心的齒輪可產(chǎn)生很大的應力和振動 齒輪不對中 激起第二階或高階GMF的諧頻 往往只顯示小的1XGMF的幅值 但是2XGMF或3XGMF的幅值較高 2XGMF兩側(cè)常伴有2X轉(zhuǎn)速頻率邊帶 由于齒不對中 GMF及其諧頻的左右兩側(cè)邊頻的幅值不等 由不均勻磨損引起 齒輪裂紋或斷齒 齒輪1X及齒輪自振頻率 齒輪自振頻率兩側(cè)的齒輪轉(zhuǎn)速邊帶高 不平衡的齒輪也會引起1X轉(zhuǎn)頻振動大 時域波形分析可幫助確定是不平衡還是齒輪的斷齒問題 狀態(tài)良好的齒輪顯示平穩(wěn)的正弦波 假定軸承沒有問題 裂 破碎或斷齒 每次進入和退出嚙合時 產(chǎn)生一個明顯的沖擊 觀察時域波形 可以確定故障是齒輪的齒或是滾動軸承故障等沖擊事件造成的 齒輪組合狀態(tài)問題 例如 低速齒輪齒數(shù)為15 高速齒輪齒數(shù)為9 產(chǎn)生三種不同的磨損圖象 低速齒輪的齒號將接觸高速齒輪的齒 1 10 4 13 71 7 42 11 5 14 82 8 53 12 6 15 93 9 6第一種組合為 低速齒輪1 齒與高速齒輪l 齒嚙合 低速齒輪1 齒將只能與高速齒輪的l 7 和4 齒嚙合 低速齒輪l 齒不可能與高速齒輪的其他齒嚙合 第二種組合 低速l 齒與高速2 齒嚙合 則低速l 齒將只能與高速2 8 和5 齒嚙合 不可能與其他高速齒嚙合 第三種組合 低速l 齒與高速3 齒嚙合 則低速l 齒將只能與高速3 9 和6 齒嚙合 不可能與高速齒輪的其他齒嚙合 齒輪組合狀態(tài)問題 如果這對齒輪開始組裝低速1 齒和高速1 齒嚙合 下次重新安裝時 變?yōu)榈退? 齒與高速2 齒嚙合 那么將產(chǎn)生一種新的磨損圖象 這時 嚙合頻率fm很明顯 還有1 3嚙合頻率分量 原來的磨損圖象與新產(chǎn)生的磨損圖象相互作用造成復雜的嚙合結果 形成許多和頻及差頻幅值和頻率調(diào)制 齒輪組合狀態(tài)通過頻率 fa fm Na 齒輪組合狀態(tài)中的NA等于大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)的最大公約數(shù) 齒輪組合狀態(tài)問題 齒輪組合狀態(tài)頻率 GAPF 可產(chǎn)生齒輪嚙合頻率的分數(shù)倍頻率 如果NA大于1 這意味著 Tp NA 齒輪的齒將接觸 產(chǎn)生NA個磨損圖象 如果齒輪有制造缺陷 則將出現(xiàn)齒輪組合狀態(tài)頻率 GAPF 或其諧頻 如果污染顆粒通過齒輪嚙合 導致吸入污染顆粒的齒進入和退出 嚙合中或者重新定位齒輪時使嚙合的齒損壞 于是在定期監(jiān)測的頻譜中突然出現(xiàn)齒輪組合狀態(tài)頻率 GAPF 追逐齒問題 如果低速齒輪和高速齒輪都有故障 高 低速齒輪的各自的故障同時進入嚙合時 將對振動產(chǎn)生最大的影響 這就是追逐齒頻率 追逐齒頻率非常低 一般低于20Hz 常規(guī)傳感器及頻譜儀難以檢測 需要低頻檢測 追逐齒故障 大齒輪和小齒輪的故障可能在制造時造成的 或由于錯誤的處理 或在現(xiàn)場造成的 有這種齒故障的齒輪裝置通常由于松動發(fā)出 轟鳴 聲 有故障的小齒輪的齒和大齒輪的齒兩者同時進入嚙合時發(fā)生最大效應 在某些傳動中 可能僅每10到20轉(zhuǎn)出現(xiàn)一次 追逐齒頻率調(diào)制嚙合頻率 GMF 和齒輪轉(zhuǎn)速頻率 磨煤機減速機齒輪磨損 磨煤機減速機齒輪磨損 磨煤機減速機齒輪不對中 磨煤機齒輪嚙合問題 齒輪故障分析舉例 2級螺桿式空壓機傳感器測點布置 齒輪故障分析舉例 兩級螺桿式壓縮機 其結構包括一個驅(qū)動大齒輪 在低壓級和高壓級上的兩個從動齒輪 及兩對用于齒輪潤滑的帶動油泵的傳動齒輪組成 齒輪已經(jīng)磨損了的特征之一是嚙合頻率成分1XGMF及其諧頻幅值增大 然而 嚙合頻率成分的幅值有時隨著負荷的變化而大幅度變化 齒輪磨損 齒輪負荷增大 齒輪故障分析舉例 當GMF幅值增加的同時 GMF周圍的邊頻帶數(shù)量也增加 這些邊頻帶間隔是齒輪的轉(zhuǎn)速頻率 如圖有3個峰 分別是齒輪油泵的嚙合頻率OPMF及其諧頻2XOPMF和3XOPMF 注意 只在2XOPMF兩側(cè)有4個邊帶頻率成分是存在 其間隔頻率近似為2719RPM 為油泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速頻率 齒輪故障分析舉例 當齒輪狀態(tài)良好 相互嚙合的兩齒輪對中良好 那么 1XGMF成分的幅值與2XGMF和3XGMF的幅值相比是最高的 通常在1XGMF兩側(cè)也只有一簇邊帶存在 間隔為每個齒輪的轉(zhuǎn)速RPM 如圖 齒數(shù)為55的齒輪工作轉(zhuǎn)速為1780RPM 齒數(shù)為36的齒輪工作轉(zhuǎn)速為2719RPM 為油泵軸的工作轉(zhuǎn)速 該對齒輪的嚙合頻率為 GMFop 97900CPM 55X1780RPM 處于完好狀態(tài)的齒輪嚙合 齒輪故障分析舉例 而在2XOPMF周圍有4個邊頻帶存在 每個邊頻帶都是以油泵的轉(zhuǎn)速頻率2719RPM相間隔 又由于1XOPMF幅值和3XOPMF的幅值都較低 結論 油泵齒輪的對中情況可能出現(xiàn)了問題 解體檢查發(fā)現(xiàn) 由磨損痕跡可清楚看出 油泵的負荷只是由每個齒輪全部齒寬的25 到30 傳遞的 檢修修正了齒輪的對中情況 從而大大增加了油泵的工作壽命 齒輪不對中 齒輪故障分析舉例 在就近的另一臺相同結構的壓縮機上 相同位置處測量的頻譜圖進行比較 可見其2XOPMF 59565CPM 的幅值是相當?shù)偷?頻譜比較和包絡報警 齒輪故障分析舉例 在齒輪磨損初期 通過嚙合頻率的3X可檢測得到齒輪的磨損問題 不僅3XGMF幅值的顯著增加 同時它周圍的邊頻帶的幅值也大幅度增加 在接下去的檢測中 3XGMF周圍邊頻帶數(shù)量越來越多 如果有一個以上的齒輪對出現(xiàn)磨損問題 那么在嚙合頻率兩側(cè)就會有邊頻帶出現(xiàn) 是每個已經(jīng)磨損齒輪的工作轉(zhuǎn)速 例如 在高壓級齒數(shù)為32和齒數(shù)為48的配對齒輪出現(xiàn)磨損問題 那么在高壓級兩嚙合齒輪的嚙合頻率為366171CPM GMFhp 及其諧頻的兩側(cè)就會出現(xiàn)具有32個齒的11443RPM的邊頻帶和具有48個齒的7629RPM的邊頻帶 皮帶傳動問題 檢測皮帶輪振動時注意事項最好按圖所示的方向測量皮帶輪徑向方的振動 影響皮帶傳動機器振動的最主要的三個因素 皮帶輪的對中 皮帶輪同心度 皮帶輪結構和接觸方法 可調(diào)整的V 皮帶輪由于調(diào)整不當會引起過大的振動 造成皮帶和皮帶輪過早損壞 由于兩皮帶輪間不能相互間保持平行 在工作中 皮帶輪每轉(zhuǎn)一圈 皮帶一會在皮帶輪上部 一會在皮帶輪下部 導致皮帶張力不斷變化 引起較大的皮帶振動 加速皮帶和皮帶輪的磨損 另一個引起振動的重要因素是皮帶輪偏心 大多數(shù)用于一般皮帶傳動的皮帶輪 與其它部件相比 都存在一定程度的偏心問題 結果引起較大的振動 引起皮帶在每轉(zhuǎn)中長度和張力的變化 V型皮帶傳動裝置常被認為是振動問題的原因 事實上 皮帶的振動只是因為如不平衡 不對中 機械松動等其它故障的響應 當存在這些故障時 它們在皮帶上引起大的振動 而皮帶裝置本身并不是故障的根源 檢測皮帶輪振動時注意事項 皮帶松動 磨損或不匹配問題 皮帶磨損問題振動特征 頻譜圖中出現(xiàn)皮帶振動頻率的3 4次諧頻 通常2 皮帶振動頻率占主導 此外 皮帶磨損有時會抬高亞同步頻率范圍內(nèi)的基線振動值 如果皮帶轉(zhuǎn)速頻率的某諧頻比較靠近驅(qū)動輪轉(zhuǎn)頻或被驅(qū)動輪轉(zhuǎn)頻時 可能會引起振動的不穩(wěn)定 皮帶轉(zhuǎn)速頻率的計算公式 皮帶松動 磨損或不匹配問題 有損傷的皮帶在皮帶拉緊的方向上出現(xiàn)較大的皮帶轉(zhuǎn)速頻率的振動 其它皮帶問題使皮帶在皮帶輪槽內(nèi)上 下擺動 皮帶張力不斷發(fā)生變化引起皮帶轉(zhuǎn)速頻率的振動增大 帶齒的皮帶如果產(chǎn)生松動問題會出現(xiàn)皮帶齒數(shù) RPM較大的振動 多根V 皮帶驅(qū)動如果每根張力不均勻會出現(xiàn)較高的軸向振動 磨損松動或錯配的皮帶會引起較高的徑向振動 特別是在皮帶張緊方向 皮帶 皮帶輪不對中問題 皮帶傳動中主要的振源之一是驅(qū)動和被驅(qū)動輪之間的不對中問題 許多皮帶振動問題在皮帶輪之間采取了對中措施而使振動得以消除 皮帶 皮帶輪不對中的振動特征 皮帶不對中常引起軸向方向振動 加速止推軸承的磨損 皮帶或皮帶輪不對中一般產(chǎn)生1 RPM振動 尤其是在軸向方向占主導 驅(qū)動輪與被驅(qū)動輪的振動大小 取決于數(shù)據(jù)采集點的質(zhì)量和框架的剛度 通常由于皮帶輪不對中的存在 在電機側(cè)軸向方向的振動是風機的轉(zhuǎn)頻 而在風機側(cè)軸向振動側(cè)是電機的轉(zhuǎn)頻 皮帶輪偏心的振動特征 皮帶輪偏心或皮帶輪不平衡都會引起較大的1 RPM頻率振動最大振動幅值通常在兩個皮帶輪的連線方向 在驅(qū)動與被驅(qū)動皮帶輪上都有顯示與動不平衡不同 偏心的皮帶輪引起的振動是高度定向的 它在水平和垂直方向的振動相位同相或相差180 由于偏心皮帶輪的高度定向振動 所以它不可能通過平衡加配重的方式得到修正 皮帶共振問題 同自然界任何其它物體一樣 皮帶也有它自身的自振頻率 其大小取決于它的剛度和質(zhì)量 以及在工作中所引起的變形程度 皮帶的