齒輪故障診斷畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞1</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　一、齒輪故障診斷原理1</p>

2、<p>　　二、現(xiàn)場監(jiān)測與故障診斷1</p><p>　　(一)冷軋廠開卷設(shè)備及主要材料參數(shù)1</p><p>　　(二)測試參數(shù)及測點(diǎn)布置2</p><p><b>　　(三)故障分析2</b></p><p><b>　　(四)診斷結(jié)論3</b></p>&l

3、t;p>　　三、嚙合頻率及其諧波4</p><p>　　四、幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所構(gòu)成的邊頻帶4</p><p><b>　　(一)幅值調(diào)制4</b></p><p>　　(二)頻率調(diào)制5五、由齒輪轉(zhuǎn)頻的低次諧波構(gòu)成的附加脈沖5</p><p>　　六、由齒輪加工誤差形成的隱含成分5</p>

4、<p>　　(一)某采油平臺原油外輸泵（螺桿泵）傳動(dòng)齒輪局部斷齒5</p><p>　　(二)某浮式儲油輪熱介質(zhì)提升泵齒輪嚙合不良6</p><p><b>　　結(jié)語6</b></p><p><b>　　致謝7</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)7<

5、;/b></p><p>　　淺析齒輪故障診斷及技術(shù)分析</p><p>　　摘要：齒輪故障通常具有相似的現(xiàn)象，即振動(dòng)和噪聲明顯增加，但產(chǎn)生齒輪故障的原因卻很難從表象作出判斷。本文從振動(dòng)分析的角度闡述齒輪振動(dòng)的時(shí)域與頻域特征，并結(jié)合實(shí)測案例進(jìn)行分析。     關(guān)鍵詞：齒輪故障；振動(dòng)特征；時(shí)域；頻域；案例分析</p><p

6、><b>　　引言：</b></p><p>　　簡述了齒輪故障診斷的原理，并通過冷軋廠開卷機(jī)齒輪故障的診斷實(shí)例，闡述了齒輪故障診斷的方法，并進(jìn)一步說明了齒輪故障診斷技術(shù)在現(xiàn)場中的應(yīng)用。</p><p>　　齒輪的運(yùn)行情況直接影響整個(gè)機(jī)器或機(jī)組的作，因此，齒輪是現(xiàn)場監(jiān)測和診斷的主要對象。對齒輪故障診斷的經(jīng)典方法是振動(dòng)頻譜分析，它以傳統(tǒng)的振動(dòng)理論為依據(jù)，利用診斷儀

7、器對其振動(dòng)的數(shù)據(jù)和波形進(jìn)行采集，然后進(jìn)行分析診斷，找出其故障的原因和所在的部位。本文從齒輪故障診斷的原理手，通過對冷軋廠開卷機(jī)大齒輪箱的異常振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)分析及故障診斷來介紹齒輪故障診斷技術(shù)在場的應(yīng)用。</p><p>　　一、齒輪故障診斷原理</p><p>　　一對齒輪副可以看作是一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，按照傅里葉變換的原理，可將齒輪的振動(dòng)信號分解為若干個(gè)諧波分量之和。當(dāng)齒輪發(fā)生故障后，齒輪的嚙合

8、剛度降低，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，測得的振動(dòng)信號畸變加劇，在頻譜圖上，嚙合頻率處的譜值會顯著增大，而故障齒輪的振動(dòng)信號往往表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)頻率對嚙合頻及其倍頻的調(diào)制，調(diào)制頻率即齒輪軸的回轉(zhuǎn)頻率。在頻譜圖上形成以嚙合頻率為中心，2個(gè)等間隔分布的邊頻帶。所以，采用頻譜分析方法能有效地找出齒輪的各種故障。</p><p>　　二、現(xiàn)場監(jiān)測與故障診斷</p><p>　　(一)冷軋廠開卷設(shè)備及主要材料參數(shù)&

9、lt;/p><p>　　冷軋廠開卷機(jī)設(shè)備簡圖及主要技術(shù)參數(shù)冷軋廠開卷機(jī)設(shè)備的簡圖見圖1，其主要技術(shù)參數(shù):電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 280 r/min;齒輪均為斜齒輪;聯(lián)軸器為齒式聯(lián)軸器。圖中的②一⑥點(diǎn)軸承均為心滾子軸承。</p><p>　　(二)測試參數(shù)及測點(diǎn)布置</p><p>　　測試參數(shù)為速度、加速度，測點(diǎn)布置如圖1的①一⑥所示。</p>

10、<p><b>　　(三)故障分析</b></p><p>　　2004年以來，開卷機(jī)的振動(dòng)增大，為此進(jìn)行振動(dòng)測試，共測試了②，③，④，⑤共4個(gè)測點(diǎn)，其中③測點(diǎn)的水平方向速度振值顯著，加速度振值達(dá)107. 30 m/s，已是標(biāo)準(zhǔn)值的3倍多(標(biāo)準(zhǔn)值為30m/s ) ，峭度指標(biāo)為20. 2，這預(yù)示齒輪箱在測點(diǎn)③附近存在故障。在測點(diǎn)③水

11、平方向的時(shí)域波形圖(圖2)中清晰地顯示出每轉(zhuǎn)一周都出現(xiàn)一個(gè)脈沖信號，脈沖間隔為134 ms，頻率值7.5 Hz。這恰與大齒輪箱高速軸(小齒輪所在軸)轉(zhuǎn)速頻率一致。測點(diǎn)③水平方向頻譜圖(圖3)上，由于故障信號的影響調(diào)制出大量的邊頻，譜線密集難以辨認(rèn)，故取80一200 Hz頻段細(xì)化處理(圖4)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)論，又進(jìn)行了該點(diǎn)的倒頻譜分析(圖5)，從倒頻譜圖上更清楚地看到主要的頻率成分，其倒頻率為134

12、0;ms(即7. 5 Hz)，正好對應(yīng)大齒輪箱高速軸的轉(zhuǎn)速頻率。</p><p><b>　　(四)診斷結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)齒輪故障診斷的原理，哪一對齒輪的嚙率所對應(yīng)的峰值較高，就說明哪一對齒輪出現(xiàn)了故障。邊頻帶的間隔等于哪一根軸的旋轉(zhuǎn)頻率，就說哪一根軸上的齒輪出現(xiàn)了故障。經(jīng)過上述分析，初判定開卷機(jī)大齒輪箱的小齒輪存在著故障。&l

13、t;/p><p>　　不久，對該機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)小齒輪上有個(gè)輪齒出現(xiàn)塑性變形，其中2個(gè)輪齒齒面上有凹坑，比較嚴(yán)重，屬于小齒輪個(gè)別齒出現(xiàn)了局部損傷，因此，在嚙合時(shí)，我們的分析判斷得到了證實(shí)。</p><p>　　更換新齒輪后，再次進(jìn)行測量，測點(diǎn)③的水平方向的速度幅值從3.9 mm/s降到2.9 mm/s，加速度幅值從107. 3 m/s降到6.2

14、60;m/s，峭度指標(biāo)從原來的20. 2降到3. 17。說明該機(jī)已正常運(yùn)行。</p><p>　　時(shí)域波形圖上基本顯示出正弦波狀態(tài)(圖6)，的脈沖信號已消除。從頻譜圖中看，187. 7 Hz、367.5 565 Hz是該軸的嚙合頻率及其2倍頻，3倍頻(此時(shí)該轉(zhuǎn)速為340 r/min，嚙合頻率為1~7. 3 Hz)。嚙合頻率的

15、邊頻幅值也很小(圖7)，這也說明故障已不存在。</p><p>　　齒輪傳動(dòng)的常見故障有齒斷裂，齒磨損，齒面疲勞（點(diǎn)蝕、剝落）和齒輪安裝不當(dāng)。由結(jié)構(gòu)和工作時(shí)受力條件決定，齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)信號較為復(fù)雜，故障診斷需同時(shí)進(jìn)行時(shí)域與頻域分析。齒輪工作過程中的故障信號頻率基本表現(xiàn)為兩部分，一為嚙合頻率及其諧波（高頻部分）構(gòu)成的載波信號；二為低頻成分的幅值和相位變化所構(gòu)成的調(diào)制信號。</p><p>

16、　　三、嚙合頻率及其諧波</p><p>　　當(dāng)輪齒進(jìn)人或脫離嚙合時(shí)，載荷和剛度均突然增大或減小，形成嚙合沖擊。齒輪嚙合頻率為fm=f1?Zl=f2?Z2，當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時(shí)，將引起嚙合頻率及其各次諧波幅值的變化。</p><p>　　四、幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所構(gòu)成的邊頻帶</p><p><b>　　(一)幅值調(diào)制</b></p>

17、<p>　　幅值調(diào)制相當(dāng)于兩個(gè)信號在時(shí)域上相乘。假定載波信號為g(t)，調(diào)制信號為e(t)，則調(diào)制后的時(shí)域總信號為                   X (t) =g (t) ? e (t) 將上式轉(zhuǎn)換到頻域上，則為X(f)＝G(f) ?

18、E (f).通常幅度調(diào)制的調(diào)制頻率為旋轉(zhuǎn)頻率。</p><p>　　(二)頻率調(diào)制     齒輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，若載波信號為A sin (2пfmt+φ0），調(diào)制信號為βsin2пfmt，頻率調(diào)制可表示為x (t) =A sin [2пfmt +βsin (2пf1t )＋φ0]。頻率調(diào)制不僅產(chǎn)生圍繞嚙合頻率fm的一族邊頻帶，而且在相位信號中產(chǎn)生一個(gè)正弦波。通常頻率調(diào)制的頻

19、率為分度不均勻齒輪的轉(zhuǎn)頻。實(shí)際上，齒輪故障中調(diào)幅與調(diào)頻現(xiàn)象可能同時(shí)存在，因而在頻譜上得到調(diào)幅與調(diào)頻綜合影響下形成的邊頻帶。</p><p>　　五、由齒輪轉(zhuǎn)頻的低次諧波構(gòu)成的附加脈沖</p><p>　　齒輪的低頻故障（不平衡、不對中等）也會對齒輪振動(dòng)時(shí)域波形產(chǎn)生影響，但不會在齒輪頻率兩側(cè)產(chǎn)生邊頻帶。</p><p>　　六、由齒輪加工誤差形成的隱含成分。</

20、p><p>　　該成分的振動(dòng)通常由加工機(jī)床分度齒輪誤差造成，它對齒輪的整體運(yùn)行影響很小。</p><p>　　以下是一個(gè)齒輪故障的案例分析。</p><p>　　(一)某采油平臺原油外輸泵（螺桿泵）傳動(dòng)齒輪局部斷齒</p><p>　　1、設(shè)備形式及參數(shù)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)直聯(lián)雙螺桿泵，螺桿之間以同步齒輪傳動(dòng)，齒輪齒數(shù)z=67;電機(jī)轉(zhuǎn)速n=995r/min

21、 (16.57Hz) 。     2、故障現(xiàn)象。泵的非驅(qū)動(dòng)端（同步齒輪安裝在此側(cè)）振動(dòng)速度值增加，圖8、圖9是時(shí)域波形及頻譜圖。  圖10是圖9的局部細(xì)化譜。     3、振動(dòng)特征及分析。在時(shí)域波形圖中（圖8)出現(xiàn)明顯的沖擊峰值，表明齒輪可能存在局部缺陷；頻譜圖（圖9)中有齒輪嚙合頻率及二倍諧頻，邊頻豐富，從圖10可以看到，邊頻為

22、轉(zhuǎn)子工頻，這說明嚙合頻率的振動(dòng)幅值被轉(zhuǎn)子工頻沖擊振動(dòng)調(diào)制。</p><p>　　圖8時(shí)域波形圖                          

23、60;                               圖9頻譜圖     

24、;                        圖10二倍嚙合頻率局部放大圖</p><p><b>　　4、齒輪局部缺陷。</b></p><

25、;p>　　齒輪箱拆檢后發(fā)現(xiàn)齒輪局部斷齒，缺陷齒共五個(gè)。</p><p>　　(二)某浮式儲油輪熱介質(zhì)提升泵齒輪嚙合不良</p><p>　　1、設(shè)備形式與參數(shù)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)直聯(lián)齒輪泵，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1 478r/min、齒輪齒數(shù)z=12。</p><p>　　2、故障現(xiàn)象。該泵運(yùn)行時(shí)發(fā)出連續(xù)尖嘯，非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度偏高。非驅(qū)動(dòng)端軸承位置的時(shí)域和頻域譜見圖11、圖12。

26、     3、振動(dòng)特征及分析。時(shí)域圖中有很高的沖擊值，頻譜圖中存在較高峰值的齒輪嚙合頻率及二倍頻，且其振動(dòng)速度值高于一倍頻，但邊頻很少且幅值較低，表明齒輪嚙合頻率的振動(dòng)并不是由于齒輪本身缺陷造成；齒輪泵非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度偏高。</p><p>　　圖11時(shí)域圖         &#

27、160;                                    

28、            圖12頻譜圖    4、診斷結(jié)論。由此可以判斷，該齒輪泵齒輪嚙合嚴(yán)重不良，主要原因是兩齒輪軸平行度超差。</p><p>　　拆檢后發(fā)現(xiàn)齒輪泵非驅(qū)動(dòng)端的滑動(dòng)軸承偏磨，造成兩齒輪中心線不平行，導(dǎo)致齒輪嚙合故障。更換軸瓦后，設(shè)備運(yùn)行正常。</p&

29、gt;<p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　在齒輪箱各類零件損壞的比例中，齒輪約占60%，為此，應(yīng)利用齒輪故障診斷技術(shù)――頻譜分析定期地對齒輪箱進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測并作趨勢分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，以保障機(jī)械設(shè)備的正常工作。 </p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　本

30、文是在指導(dǎo)老師悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和修改完成的。</p><p>　　老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，淵博的學(xué)識，謙遜的為人，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，高瞻遠(yuǎn)矚、敏銳的科學(xué)眼光，將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的楷模；老師樂觀、正直、樸實(shí)的生活態(tài)度，令我深深敬佩。老師的諄諄教誨，將使我終生受益。在此，謹(jǐn)致以衷心的感謝和崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>