《故障診斷》講稿第五章_

1、機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.1齒輪失效形式和原因齒輪失效形式和原因齒輪箱各類零件失效的比例：齒輪箱各類零件失效的比例：齒輪齒輪60%，軸承，軸承19%，軸軸10%，箱體，箱體7%，緊固件，緊固件3%，油封，油封1%。齒輪失效的原因：齒輪失效的原因：1 1由制造誤差引起的缺陷由制造誤差引起的缺陷2 2由裝配誤差引起的故障由裝配誤差引起的故障3 3運(yùn)用中產(chǎn)生的故障運(yùn)用中產(chǎn)生的故障機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.1齒輪失效形式和原因

2、齒輪失效形式和原因5.1.1由制造誤差引起的缺陷由制造誤差引起的缺陷偏心、周節(jié)誤差、基節(jié)誤差、偏心、周節(jié)誤差、基節(jié)誤差、齒形誤差齒形誤差制造誤差較嚴(yán)重時(shí)，使制造誤差較嚴(yán)重時(shí)，使齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊引起較齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊引起較大的噪聲。大的噪聲。圖圖6-5齒輪常見誤差的圖解齒輪常見誤差的圖解機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.1齒輪失效形式和原因齒輪失效形式和原因5.1.2由制造裝配誤差引起的故障由制造裝配誤差引起的故障1“一端接觸一端接觸圖圖6-6“一端接觸一端接觸示示意圖意圖圖圖6-7裝配誤差示意圖裝配誤差示意圖2齒輪軸的直線性偏差齒輪軸的直線性偏差

3、不同軸、不對(duì)中不同軸、不對(duì)中造成輪齒負(fù)荷不勻，個(gè)別齒負(fù)荷過重引起早期磨損，造成輪齒負(fù)荷不勻，個(gè)別齒負(fù)荷過重引起早期磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至引起斷齒。嚴(yán)重時(shí)甚至引起斷齒。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.1齒輪失效形式和原因齒輪失效形式和原因5.1.3運(yùn)行中產(chǎn)生的故障運(yùn)行中產(chǎn)生的故障1常見故障類型和失效比例常見故障類型和失效比例斷齒斷齒41%齒面疲勞點(diǎn)蝕、剝落、龜裂齒面疲勞點(diǎn)蝕、剝落、龜裂31%齒面磨損齒面磨損10%齒面劃痕齒面劃痕10%其它故障塑性變形、化學(xué)腐蝕、異物嵌入等其它故障塑性變形、化學(xué)腐蝕、異物嵌入等8%機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的

4、監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.1齒輪失效形式和原因齒輪失效形式和原因5.1.3運(yùn)行中產(chǎn)生的故障運(yùn)行中產(chǎn)生的故障2故障原因和特點(diǎn)故障原因和特點(diǎn)A齒的斷裂齒的斷裂原因：突然過載或沖擊過載使齒根彎曲應(yīng)力過大原因：突然過載或沖擊過載使齒根彎曲應(yīng)力過大B齒面疲勞齒面疲勞(點(diǎn)蝕、剝落點(diǎn)蝕、剝落)閉式齒輪傳動(dòng)最普遍的破壞形式閉式齒輪傳動(dòng)最普遍的破壞形式原因：齒輪工作外表的交變應(yīng)力引起微觀疲勞裂紋，微觀疲原因：齒輪工作外表的交變應(yīng)力引起微觀疲勞裂紋，微觀疲勞裂紋內(nèi)的潤(rùn)滑油在高壓下使裂紋擴(kuò)展，小塊金屬?gòu)凝X面脫勞裂紋內(nèi)的潤(rùn)滑油在高壓下使裂紋擴(kuò)展，小塊金屬?gòu)凝X面脫落形成小坑落形成小坑“點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕；大面積或大塊金屬

5、脫落那么為；大面積或大塊金屬脫落那么為“剝落剝落。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷2故障原因和特點(diǎn)故障原因和特點(diǎn)C齒面磨損或劃痕齒面磨損或劃痕原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。a粘著磨損：粘著磨損：在低速、重載、高溫這些都是冶金設(shè)備的特點(diǎn)、在低速、重載、高溫這些都是冶金設(shè)備的特點(diǎn)、齒面粗糙度差、供油缺乏或潤(rùn)滑油粘度太低等情況下，油齒面粗糙度差、供油缺乏或潤(rùn)滑油粘度太低等情況下，油膜易被破壞而發(fā)生粘著磨損。因此低速重載齒輪的潤(rùn)滑油膜易被破壞而發(fā)生粘著磨損。因此低速重載齒輪的潤(rùn)滑油粘度要高一些。粘度要高一些

6、。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷C齒面磨損或劃痕齒面磨損或劃痕原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。b磨粒磨損與劃痕：磨粒磨損與劃痕：潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)顆粒外來砂?；蚰Σ吝^程中產(chǎn)生的潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)顆粒外來砂?；蚰Σ吝^程中產(chǎn)生的金屬磨屑產(chǎn)生磨粒磨損與劃痕。由于齒頂、齒根部為滑金屬磨屑產(chǎn)生磨粒磨損與劃痕。由于齒頂、齒根部為滑動(dòng)接觸，故摩擦較節(jié)圓部嚴(yán)重。動(dòng)接觸，故摩擦較節(jié)圓部嚴(yán)重。c腐蝕磨損腐蝕磨損潤(rùn)滑油中的酸、堿或水等污物與齒面發(fā)生化學(xué)反響造潤(rùn)滑油中的酸、堿或水等污物與齒面發(fā)生化學(xué)反響造成金屬的腐蝕而導(dǎo)致齒面損傷

7、。成金屬的腐蝕而導(dǎo)致齒面損傷。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷C齒面磨損或劃痕齒面磨損或劃痕原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。原因：潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油不潔或熱處理質(zhì)量差。d燒傷：燒傷：由過載、超速或不充分潤(rùn)滑引起的過分摩擦所產(chǎn)生的由過載、超速或不充分潤(rùn)滑引起的過分摩擦所產(chǎn)生的局部區(qū)域過熱。損傷的外表容易產(chǎn)生疲勞裂紋。局部區(qū)域過熱。損傷的外表容易產(chǎn)生疲勞裂紋。e齒面膠合齒面膠合高速重載的軟齒面在潤(rùn)滑不良時(shí)，一齒面上的局部材料高速重載的軟齒面在潤(rùn)滑不良時(shí)，一齒面上的局部材料膠合到另一齒面上而在此齒面上留下坑穴。膠合到另一齒面上而在此齒面上留下坑穴。機(jī)

8、械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷2故障原因和特點(diǎn)故障原因和特點(diǎn)D齒面塑性變形齒面塑性變形軟齒面齒輪在重載下易產(chǎn)生塑性變形。這是由于軟齒面齒輪在重載下易產(chǎn)生塑性變形。這是由于在齒面間過大的摩擦力作用下，齒面接觸應(yīng)力會(huì)超過在齒面間過大的摩擦力作用下，齒面接觸應(yīng)力會(huì)超過材料的抗剪屈服極限，造成齒面金屬的塑性流動(dòng)。材料的抗剪屈服極限，造成齒面金屬的塑性流動(dòng)。齒面塑性變形破壞了正確的齒形，引起劇烈振齒面塑性變形破壞了正確的齒形，引起劇烈振動(dòng)，甚至發(fā)生斷齒。動(dòng)，甚至發(fā)生斷齒。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2齒輪的特征頻

9、率齒輪的特征頻率5.2.1軸的轉(zhuǎn)頻及其諧頻軸的轉(zhuǎn)頻及其諧頻齒輪及軸的轉(zhuǎn)頻齒輪及軸的轉(zhuǎn)頻fr為為:式中式中n為齒輪及軸的轉(zhuǎn)速為齒輪及軸的轉(zhuǎn)速(r/min)/60rfn(Hz)注意：軸的轉(zhuǎn)頻注意：軸的轉(zhuǎn)頻fr應(yīng)遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速軸系橫向振動(dòng)的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速軸系橫向振動(dòng)的固有頻率諧頻諧頻轉(zhuǎn)頻轉(zhuǎn)頻fr的整數(shù)倍，如的整數(shù)倍，如2fr，3fr，。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2齒輪的特征頻率齒輪的特征頻率5.2.2嚙合頻率及其諧頻嚙合頻率及其諧頻1定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的嚙合頻率定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的嚙合頻率:2有固定齒圈的行星輪系齒輪嚙合頻率有固定齒圈的行星輪系齒輪嚙

10、合頻率1122zrrfz fz f(Hz)式中式中zr齒輪的齒數(shù)；齒輪的齒數(shù)；fr該齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率該齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率Hzfc轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)頻率轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)頻率Hz，當(dāng)，當(dāng)fc與與fr轉(zhuǎn)向相反時(shí)，轉(zhuǎn)向相反時(shí)，fc前取正號(hào)，否那么就取負(fù)號(hào)。前取正號(hào)，否那么就取負(fù)號(hào)。zrrcfzff(Hz)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2齒輪的特征頻率齒輪的特征頻率5.2.2嚙合頻率及其諧頻嚙合頻率及其諧頻齒輪以嚙合頻率振動(dòng)的特點(diǎn)齒輪以嚙合頻率振動(dòng)的特點(diǎn):1振動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速變化而變化；振動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速變化而變化；2一般存在嚙合頻率的諧頻整數(shù)倍頻；一般存在嚙合頻率的諧頻整數(shù)倍頻；3

11、當(dāng)嚙合頻率或其高階諧頻接近或等于齒輪的某階固有當(dāng)嚙合頻率或其高階諧頻接近或等于齒輪的某階固有頻率時(shí)，齒輪產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)；由于齒輪固有頻率一般較高頻率時(shí)，齒輪產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)；由于齒輪固有頻率一般較高，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能性不大，但常為強(qiáng)烈噪聲。，產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能性不大，但常為強(qiáng)烈噪聲。齒輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡、齒齒輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡、齒輪偏心、松動(dòng)、齒面裂紋、輪偏心、松動(dòng)、齒面裂紋、斷齒等故障將影響到傳動(dòng)斷齒等故障將影響到傳動(dòng)誤差的長(zhǎng)周期成分誤差的長(zhǎng)周期成分( (即與轉(zhuǎn)即與轉(zhuǎn)頻有關(guān)的成分頻有關(guān)的成分) )；齒面磨損、；齒面磨損、膠合、點(diǎn)蝕等分布性故障膠合、點(diǎn)蝕等分布性故障使傳動(dòng)誤差的短周期成分使傳動(dòng)誤差的短

12、周期成分加大，影響到嚙合頻率及加大，影響到嚙合頻率及其諧波成分的幅值。其諧波成分的幅值。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2齒輪的特征頻率齒輪的特征頻率5.2.3隱含成分鬼線隱含成分鬼線在嚙合頻率附近，由加工過程中滾齒機(jī)給齒輪帶來的周期性缺陷。在嚙合頻率附近，由加工過程中滾齒機(jī)給齒輪帶來的周期性缺陷。圖圖6-11齒輪振動(dòng)中的隱含成分齒輪振動(dòng)中的隱含成分隱含成分的特點(diǎn)：隱含成分的特點(diǎn)：(1)存在其高階諧波存在其高階諧波(2)工作載荷對(duì)其影響較小工作載荷對(duì)其影響較小圖圖(a)為輕載為輕載(10%)，圖，圖(b)為滿載。為滿載。滿載時(shí)隱含成分只增加了滿載時(shí)

13、隱含成分只增加了6dB，其二次諧頻沒有變化。其二次諧頻沒有變化。而滿載時(shí)嚙合頻率成分增加了而滿載時(shí)嚙合頻率成分增加了21dB,其二次諧頻也增加了其二次諧頻也增加了7dB。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷斷5.2.4邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生A幅值調(diào)制幅值調(diào)制由傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的周期由傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的周期性變化引起，如齒面上性變化引起，如齒面上載荷波動(dòng)、齒距周期變載荷波動(dòng)、齒距周期變化，偏心等化，偏心等圖圖6-12調(diào)幅信號(hào)波形及頻譜調(diào)幅信號(hào)波形及頻譜機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故

14、障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.4邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生A幅值調(diào)制幅值調(diào)制(a)局部性缺陷：邊頻數(shù)量較局部性缺陷：邊頻數(shù)量較多，幅值較低，分布較均勻多，幅值較低，分布較均勻平坦，如斷齒、大的剝落；平坦，如斷齒、大的剝落；(b)分布性缺陷：邊頻分布高分布性缺陷：邊頻分布高而窄，幅值變化起伏較大，而窄，幅值變化起伏較大，如點(diǎn)蝕、劃痕。如點(diǎn)蝕、劃痕。圖圖6-13復(fù)雜調(diào)幅信號(hào)波形及頻譜復(fù)雜調(diào)幅信號(hào)波形及頻譜缺陷分布越均勻，邊頻越高、越窄。缺陷分布越均勻，邊頻越高、越窄。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.4邊

15、頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生B頻率調(diào)制與相位調(diào)制頻率調(diào)制與相位調(diào)制轉(zhuǎn)速波動(dòng)、因加工分度轉(zhuǎn)速波動(dòng)、因加工分度誤差導(dǎo)致齒距不均勻、誤差導(dǎo)致齒距不均勻、齒輪軸偏心引起嚙合速齒輪軸偏心引起嚙合速率變化、周期性轉(zhuǎn)矩率變化、周期性轉(zhuǎn)矩(負(fù)負(fù)荷荷)變化引起速度變化等變化引起速度變化等引起頻率調(diào)制引起頻率調(diào)制圖圖6-14頻率調(diào)制或相位調(diào)制信號(hào)波形及頻率調(diào)制或相位調(diào)制信號(hào)波形及頻譜頻譜機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.4邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生邊頻帶由幅值調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制產(chǎn)生圖圖6-15幅值

16、調(diào)制與頻率調(diào)制或相位調(diào)制同時(shí)存在的綜合頻譜幅值調(diào)制與頻率調(diào)制或相位調(diào)制同時(shí)存在的綜合頻譜機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.5附加脈沖附加脈沖圖圖6-16附加脈沖示意圖附加脈沖示意圖調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)對(duì)稱于零線對(duì)稱于零線(c)，其譜圖是嚙，其譜圖是嚙合頻率或其高階諧頻附近的邊頻帶。合頻率或其高階諧頻附近的邊頻帶。附加脈沖附加脈沖不對(duì)稱于零線不對(duì)稱于零線(b)，其譜圖，其譜圖是回轉(zhuǎn)頻率及其諧波頻率較低。是回轉(zhuǎn)頻率及其諧波頻率較低。由齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波引起，如由齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波引起，如齒輪平衡不良、不對(duì)中和機(jī)械松動(dòng)等齒輪平衡不良、不對(duì)中和機(jī)械松

17、動(dòng)等原因，均可能產(chǎn)生這些低次諧波。原因，均可能產(chǎn)生這些低次諧波。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.6交叉調(diào)制成分交叉調(diào)制成分齒輪箱內(nèi)其它零部件的特征運(yùn)動(dòng)頻率齒輪箱內(nèi)其它零部件的特征運(yùn)動(dòng)頻率對(duì)齒輪的振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)制，也產(chǎn)生了對(duì)齒輪的振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)制，也產(chǎn)生了邊頻帶。邊頻帶。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.7齒輪的固有頻率齒輪的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率HZ式中：式中：m一對(duì)齒輪的等效質(zhì)量一對(duì)齒輪的等效質(zhì)量 mKfc21bmZrcmmm111mc、mr大、小齒輪的等效質(zhì)量大、小齒輪

18、的等效質(zhì)量齒輪的固有頻率多為齒輪的固有頻率多為110kHz的高頻的高頻,當(dāng)這種高頻振動(dòng)傳遞到齒當(dāng)這種高頻振動(dòng)傳遞到齒輪箱等機(jī)件時(shí)輪箱等機(jī)件時(shí),高頻沖擊振動(dòng)已衰減高頻沖擊振動(dòng)已衰減,多數(shù)情況下只能測(cè)到齒輪的多數(shù)情況下只能測(cè)到齒輪的嚙合頻率。嚙合頻率。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章第五章齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.7齒輪的固有頻率齒輪的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率HZ一個(gè)直齒圓柱實(shí)心齒輪的等效質(zhì)量為：一個(gè)直齒圓柱實(shí)心齒輪的等效質(zhì)量為：mKfc21bmZ10210)82. 1 (iiibmZm)/.(2mmskg其中：其中：m模數(shù)模數(shù)Zi齒數(shù)齒數(shù)機(jī)械工程及自動(dòng)化專

19、業(yè)第五章第五章齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.2.7齒輪的固有頻率齒輪的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率一對(duì)齒輪副的固有頻率HZmKfc21bmZK齒輪副的等效彈簧常數(shù)等效剛度齒輪副的等效彈簧常數(shù)等效剛度rcKKK111Kc、Kr 大、小齒輪的等效彈簧剛度。根據(jù)齒數(shù)Z和修正系數(shù)X及嚙合重疊系數(shù)從圖表設(shè)備故障診斷手冊(cè)P414查出。 機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.3齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法目的：判別齒輪的狀態(tài)是否正常，目的：判別齒輪的狀態(tài)是否正常，或根據(jù)振平的分析查出一些簡(jiǎn)單故障?；蚋鶕?jù)振平的分析查出一些簡(jiǎn)單故障。1、振平診斷法速度有效值、振平診斷

20、法速度有效值 采用絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)和相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。采用絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)和相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。其中相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)達(dá)正常值其中相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)達(dá)正常值2 2倍時(shí)引起注意；倍時(shí)引起注意；達(dá)正常值達(dá)正常值4 4倍時(shí)表示危險(xiǎn)倍時(shí)表示危險(xiǎn)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.3齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法2、判定參數(shù)值、判定參數(shù)值(與軸承簡(jiǎn)易診斷相似與軸承簡(jiǎn)易診斷相似)P峰值；峰值；Prms均方根值均方根值1 1峰值系數(shù)峰值系數(shù)rmsPPC 2峭度峭度444)()(dxxpxx3偏態(tài)偏態(tài)333)()(dxxpxx齒輪類型齒輪類型裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)峭度指標(biāo)峭度指標(biāo)脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo)峰值指標(biāo)

21、峰值指標(biāo)波形參數(shù)波形參數(shù)新齒輪4.1432.6593.5362.8671.233壞齒輪7.2464.3356.1224.7971.276機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.3齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法齒輪故障的簡(jiǎn)易診斷方法3、簡(jiǎn)易診斷法的實(shí)施、簡(jiǎn)易診斷法的實(shí)施判定：假設(shè)判定：假設(shè)A A、B B、C C、D D四處振動(dòng)值差四處振動(dòng)值差異很小，且都超標(biāo)，說明齒輪異常；異很小，且都超標(biāo)，說明齒輪異常；檢測(cè)部位：軸承座檢測(cè)部位：軸承座ABCD假設(shè)個(gè)別部位振動(dòng)值大于其他部位，說明該處軸承異常。假設(shè)個(gè)別部位振動(dòng)值大于其他部位，說明該處軸承異常。如果僅有齒輪嚙合頻率的振幅迅速升高，而邊頻的分布和

22、振如果僅有齒輪嚙合頻率的振幅迅速升高，而邊頻的分布和振幅并無(wú)變化，那么說明是軸承故障。幅并無(wú)變化，那么說明是軸承故障。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷、齒輪故障的精密診斷方法、齒輪故障的精密診斷方法、齒輪精密診斷的一般程序、齒輪精密診斷的一般程序齒輪加速度傳感器電荷放大器小波分析確定各頻段的故障頻率倒頻譜分析消除調(diào)幅和調(diào)頻的影響積分器加速度速度頻率分析帶通濾波器（嚙合頻率）平均響應(yīng)高通濾波器1KHZ絕對(duì)值處理頻率分析平均響應(yīng)低頻域高頻域機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法功率譜可確定齒輪振動(dòng)信號(hào)能量的頻率結(jié)構(gòu)功率譜可確定齒輪振動(dòng)信號(hào)

23、能量的頻率結(jié)構(gòu)圖圖6-18齒輪振動(dòng)信號(hào)典型的功率譜圖齒輪振動(dòng)信號(hào)典型的功率譜圖(a)線狀譜線狀譜:齒輪的齒輪的嚙合頻率及其諧波嚙合頻率及其諧波(b)山狀譜山狀譜:結(jié)構(gòu)共振結(jié)構(gòu)共振如輪軸橫向振動(dòng)固有如輪軸橫向振動(dòng)固有頻率頻率(c)隨機(jī)譜隨機(jī)譜:隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)信號(hào)(d)同時(shí)存在三種譜同時(shí)存在三種譜機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法邊頻帶分析法邊頻帶分析法圖圖6-20細(xì)化分析顯示邊頻帶的示意圖細(xì)化分析顯示邊頻帶的示意圖(a)足夠高的頻足夠高的頻率分辨率率分辨率(b)頻率細(xì)化分頻率細(xì)化分析析(c)找出嚙合頻找出嚙合頻率率fz和調(diào)制頻率和調(diào)制頻率fr

24、(d)比較各次比較各次測(cè)量中邊頻測(cè)量中邊頻帶幅值的變帶幅值的變化趨勢(shì)化趨勢(shì)3fm機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法1正常齒輪的頻譜正常齒輪的頻譜a.嚙合頻率嚙合頻率fZ及其倍頻及其倍頻nfZ，fZ成分為主，其諧波值依次減小。成分為主，其諧波值依次減小。b.在低頻有回轉(zhuǎn)頻率在低頻有回轉(zhuǎn)頻率fr及其諧波及其諧波nfr。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法2均勻磨損均勻磨損功率譜類似于正常齒輪，功率譜類似于正常齒輪，但幅值增大，且高次諧波值但幅值增大，且高次諧波值增大。隨著磨損加劇，還可增大。隨著磨損加劇，

25、還可能產(chǎn)生能產(chǎn)生1/2，1/3，的分散的分散諧波諧波(非線性振動(dòng)非線性振動(dòng))。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法3齒輪偏心齒輪偏心齒輪中心與旋轉(zhuǎn)軸中心不重合齒輪中心與旋轉(zhuǎn)軸中心不重合嚙合頻率嚙合頻率fZ及其諧波及其諧波nfZ受到回轉(zhuǎn)頻率受到回轉(zhuǎn)頻率fr的的調(diào)制；調(diào)制；以齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為以齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為特征的附加脈沖幅值特征的附加脈沖幅值增大增大機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法4齒輪不同軸齒輪不同軸(裝配不當(dāng)造成的齒輪和軸的不同軸裝配不當(dāng)造成的齒輪和軸的不同軸) 產(chǎn)生以嚙合頻產(chǎn)生以嚙合頻率率fz為

26、中心的邊為中心的邊頻帶，其回轉(zhuǎn)頻帶，其回轉(zhuǎn)頻率頻率fr在譜上也在譜上也有明顯反映。有明顯反映。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法5周節(jié)誤差周節(jié)誤差 嚙合頻率嚙合頻率fz及其邊及其邊頻帶頻帶fz+nfr，不對(duì)稱邊頻帶不對(duì)稱邊頻帶機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.2功率譜分析法功率譜分析法6不平衡聯(lián)軸器或齒輪本身不平衡聯(lián)軸器或齒輪本身產(chǎn)生以調(diào)幅為主、調(diào)產(chǎn)生以調(diào)幅為主、調(diào)頻為輔的振動(dòng)；頻為輔的振動(dòng)；嚙合頻率及其諧波兩嚙合頻率及其諧波兩側(cè)產(chǎn)生側(cè)產(chǎn)生mfznfr(m,n1,2,3,)的邊頻。的邊頻。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障

27、的監(jiān)測(cè)與診斷6不平衡聯(lián)軸器或齒輪本身不平衡聯(lián)軸器或齒輪本身武鋼武鋼1580熱軋廠熱軋廠F6軋機(jī)軋機(jī)人字齒輪座振動(dòng)信號(hào)分析人字齒輪座振動(dòng)信號(hào)分析以嚙合頻率為中心的不對(duì)以嚙合頻率為中心的不對(duì)稱邊頻帶，邊頻為齒輪的稱邊頻帶，邊頻為齒輪的轉(zhuǎn)頻及其諧頻。轉(zhuǎn)頻及其諧頻。診斷結(jié)論診斷結(jié)論減速機(jī)與人字齒輪座之間減速機(jī)與人字齒輪座之間的接軸不平衡。的接軸不平衡。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷F1軋機(jī)主減速機(jī)齒輪振動(dòng)信號(hào)的功率譜圖軋機(jī)主減速機(jī)齒輪振動(dòng)信號(hào)的功率譜圖實(shí)例：武鋼實(shí)例：武鋼1580熱軋廠熱軋廠F1軋機(jī)主減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析軋機(jī)主減速機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析嚙合頻率嚙合頻率及其諧頻及其諧頻診斷結(jié)論診

28、斷結(jié)論齒側(cè)間隙過大齒側(cè)間隙過大0100200300400500600700800900100000.20.40.60.811.2x 10-3頻率（Hz）幅值58.97Hz175.9Hz117.9Hz234.9Hz293.9Hz機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.3倒頻譜分析方法倒頻譜分析方法 由于調(diào)頻調(diào)幅作用，故障齒輪的功率譜常常出現(xiàn)不由于調(diào)頻調(diào)幅作用，故障齒輪的功率譜常常出現(xiàn)不對(duì)稱的邊頻帶。這種不對(duì)稱的邊頻帶，對(duì)于實(shí)際信號(hào)，對(duì)稱的邊頻帶。這種不對(duì)稱的邊頻帶，對(duì)于實(shí)際信號(hào)，有時(shí)是難以識(shí)別的。有時(shí)是難以識(shí)別的。倒頻譜分析的優(yōu)越性：倒頻譜分析的優(yōu)越性：受傳輸途徑的影響很小。受傳

29、輸途徑的影響很小。將原來譜上成族的邊頻帶譜線簡(jiǎn)化為單根譜線，將原來譜上成族的邊頻帶譜線簡(jiǎn)化為單根譜線，可以檢測(cè)出功率譜中難以區(qū)分的周期性。可以檢測(cè)出功率譜中難以區(qū)分的周期性。機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.3倒頻譜分析方法倒頻譜分析方法圖圖6-21用倒頻譜分析齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中的邊譜帶用倒頻譜分析齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中的邊譜帶1嚙合頻率；嚙合頻率；2、3高次頻率；高次頻率；A1、A2周期周期11.8ms(85Hz)諧波諧波;B1、B2周期周期20ms(50Hz)諧波諧波a)頻率范圍頻率范圍020kHz的的頻譜頻譜b)頻率范頻率范圍的頻譜圍的頻譜c)頻率范頻率范圍的頻譜圍的頻譜倒

30、頻譜倒頻譜清晰顯示對(duì)應(yīng)于清晰顯示對(duì)應(yīng)于兩個(gè)齒輪副的兩個(gè)齒輪副的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)頻率(85Hz和和50Hz)兩個(gè)倒頻分量?jī)蓚€(gè)倒頻分量(A1和和B1)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卡車齒輪箱在正常與異常狀態(tài)下的頻譜和倒頻譜卡車齒輪箱在正常與異常狀態(tài)下的頻譜和倒頻譜01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0f ( H Z )w( b )( a )00 . 10 . 20 . 3q ( s )c ( q )( d )( c ) 2 8 . 1 m s( 3 6 . 6 H Z ) 9 5 . 5 m s( 1 0 . 4 H Z )正常異常HZ，HZ。第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.3倒頻譜分析方法倒

31、頻譜分析方法機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)5.4.4時(shí)域平均法時(shí)域平均法 這種分析方法的關(guān)鍵是測(cè)量時(shí)要有時(shí)標(biāo)信號(hào)，并且經(jīng)過擴(kuò)展壓縮的運(yùn)算，把原來的周期轉(zhuǎn)為被檢測(cè)齒輪轉(zhuǎn)過一整轉(zhuǎn)的周期。然后把加速度信號(hào)按此周期截?cái)喁B加，然后進(jìn)行平均可減小噪聲干擾。根本原理如以下圖所示。濾 波時(shí) 標(biāo)時(shí) 標(biāo) 擴(kuò) 展 或 壓 縮 運(yùn) 算信 號(hào) 平 均光 滑 化 濾 波TT 第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)齒輪在各種狀態(tài)下的時(shí)域平均信號(hào)齒輪在各種狀態(tài)下的時(shí)域平均信號(hào) (a)正常齒輪正常齒輪(b)齒輪安裝錯(cuò)位調(diào)制齒輪安裝錯(cuò)位調(diào)制頻率為轉(zhuǎn)頻及倍頻頻率為轉(zhuǎn)頻及倍頻(c)齒面嚴(yán)重磨損齒面嚴(yán)重磨損有高次諧波有高次諧波(d)個(gè)

32、別齒出現(xiàn)斷裂個(gè)別齒出現(xiàn)斷裂有突跳現(xiàn)象有突跳現(xiàn)象第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.4.4時(shí)域平均法時(shí)域平均法齒輪在各種狀態(tài)下的齒輪在各種狀態(tài)下的時(shí)域平均信號(hào)時(shí)域平均信號(hào)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)5.5齒輪箱的故障診斷齒輪箱的故障診斷一、傳感器及其安裝位置一、傳感器及其安裝位置 壓電加速度傳感器，安裝于軸承座上兩個(gè)徑向，一個(gè)軸向。兩個(gè)徑向指齒輪嚙合方向的法向、切向或水平、鉛垂方向 二、故障特征頻率二、故障特征頻率算出各軸轉(zhuǎn)頻，個(gè)齒輪副嚙合頻率，各軸承各元件故障頻率。算出各軸轉(zhuǎn)頻，個(gè)齒輪副嚙合頻率，各軸承各元件故障頻率。三、振動(dòng)烈度分析三、振動(dòng)烈度分析振動(dòng)加速度振動(dòng)速度振動(dòng)速度有效值與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照狀態(tài)積分均方根

33、第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)四、功率譜分析、倒頻譜分析、時(shí)域分析四、功率譜分析、倒頻譜分析、時(shí)域分析五、小波分析五、小波分析 小波分析具有時(shí)、頻“聚焦特性，在時(shí)域或頻域同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波變換，將信號(hào)劃分到不同的頻段內(nèi)，運(yùn)用頻譜細(xì)化技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析，可以將軸承故障信號(hào)一般能量較齒輪故障信號(hào)弱別離出來，準(zhǔn)確判定故障位置 。第五章 齒輪故障的監(jiān)測(cè)與診斷5.5齒輪箱的故障診斷齒輪箱的故障診斷武鋼武鋼1700熱軋帶鋼廠熱軋帶鋼廠R1軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試分析軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試分析機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)加速度傳感器電 荷 放大器磁 帶 記錄儀CF910分析儀

34、奔 騰 計(jì)算機(jī)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)順時(shí)針轉(zhuǎn)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)輸入機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)測(cè)點(diǎn)1#3#2#、4#、5#、6#Vrms （mm/s）9.5734.5151.6603.791狀態(tài)不滿意滿意不滿意滿意特點(diǎn)振動(dòng)值分散，負(fù)荷變化大，沖擊情況不穩(wěn)定故障1#軸承蓋螺栓預(yù)緊力不足，高速軸與中間軸不平行機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)1#測(cè)點(diǎn)2#測(cè)點(diǎn)3#測(cè)點(diǎn)4#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)平均值16.6749.57310.0722.2586.0974.5153.4213.057最大值47.91616.56527.314

35、5.3648.3425.1924.8085.962標(biāo)準(zhǔn)差7.3303.3425.9380.9691.3490.3901.4121.5425#測(cè)點(diǎn)6#測(cè)點(diǎn)7#測(cè)點(diǎn)8#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)平均值8.0663.7918.1041.6601.0000.7352.5900.888最大值22.9227.57214.6042.5901.9091.2233.4441.014標(biāo)準(zhǔn)差4.6331.8012.7960.4410.4590.2510.9160.163機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)1#測(cè)點(diǎn)2#測(cè)點(diǎn)3#測(cè)點(diǎn)4#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出平均值5.4683.166

36、2.4813.8682.5352.0683.2042.4721.7333.0492.8771.206最大值10.7804.2104.1437.0363.3953.7804.0783.4062.1784.2533.6691.818標(biāo)準(zhǔn)差1.8620.4640.7461.2260.3350.5970.5160.2800.3690.5200.4240.2505#測(cè)點(diǎn)6#測(cè)點(diǎn)7#測(cè)點(diǎn)8#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出咬入穩(wěn)態(tài)拋出平均值7.7783.9909.4912.4611.1250.4570.3941.2130.702最大值12.3884.97218.1145.5401.4100.

37、5320.5201.4050.855標(biāo)準(zhǔn)差2.5110.4763.9991.1760.2000.0450.0710.1840.068機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)9#測(cè)點(diǎn)10#測(cè)點(diǎn)11測(cè)點(diǎn)12#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)平均值11.6761.9706.3671.4554.5330.8863.9670.979最大值41.9717.54415.7292.99912.7321.94311.2501.622標(biāo)準(zhǔn)值7.4861.1163.7930.7663.2410.5672.7750.39214#測(cè)點(diǎn)15#測(cè)點(diǎn)16#測(cè)點(diǎn)18#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)平均值2.6041.3994.5580.6803.0640.6812.8840.610最大值8.1441.9918.1671.2436.8611.3844.9871.031標(biāo)準(zhǔn)值1.6910.3641.9670.3511.4120.2730.2990.04120#測(cè)點(diǎn)21#測(cè)點(diǎn)22#測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)咬入穩(wěn)態(tài)平均值0.9830.2150.5590.2510.9190.195最大值1.8880.4710.8720.6031.8360.357標(biāo)準(zhǔn)