齿轮箱故障振动诊断(演示)
3齿轮故障的振动诊断及案例分析
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时域波形图
), 由齿轮转频的低次谐波构成的附加脉冲
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频谱图
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状态监测与诊断技术
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平有一定差异。 当齿轮存在较大的制造与安装误差，以及产生 剥落、裂纹等故障时，其啮合刚度降低，从而产生 强烈振动。此时测得的振动信号畸变加剧，在频谱 图上，啮合频率处的谱值显著增大，二阶、三阶啮 合频率处的谱值则增加得更多。同时，这些故障会 直接成为振动的激励源，使齿轮振动信号中含有轴 的旋转频率及其倍频，而故障齿轮的振动信号往往 表现为旋转频率对啮合频率及其倍频的调制，调制
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。
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状态监测与诊断技术
齿轮故障的振动诊断及案例分析
陈明华，陈海林，江建忠
（ 渤海石油工程公司，天津 摘
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要： 齿轮故障通常具有相似的现象，即振动和噪声明显增加，但产生齿轮故障的原因却很难从表象作出
齿轮箱故障诊断实例分析
Ｉ １ － Ｉ ２
Ｉ ３ ． Ｉ ４ Ｌ １ ． Ｌ ２
０ ． ５ ３｝ Ｉ Ｚ
０ ． １ ５ Ｈｚ ０ ． ０ ４ Ｈ Ｚ
３ Ｏ
Ｏ ． Ｏ １
０ ． Ｏ ２ ０ ． Ｏ ３ ０ ０ ４ ０ ． ０ ４
０． ４ ０
３ ． ３
３ ． ２ ３ ． １ ３ ． ０ ３ ． １
２
Ｖ Ｇ２ ０ ２ 一 Ｖ Ｖ Ｇ３ ０ １ 一 Ｈ
Ｉ １
３ｌ ２
ＶＧ３ ０ ２ 一 Ｖ ＶＧ ４ ０ １ 一 Ｈ
置频宽为 ４ ０ ０ ， 采样频率 １ ０ ２ ４ ； 设置谱线数 １ ６ ０ ０ ； 灵
敏 度为 ５ ０ ０ ｍ Ｖ ／ Ｅ Ｕ 。
表 ２ 轴 承 型 号
ｍｏ ｔ
ｌ
因
Ｌ１
｛
…
Ｉ
分别对测得的振动值做记 录 ， 如表 ９ 所示 ， 包括 不 同转 速 下 的速 度 和 加 速 度 振 动 的 有 效 值 和 峭 度
— ｌ 嘲 院 Ｉ 翻 ｌ
对其的关注 ， 进而分析其振动信号 。
表 ９ 振 动 值 记 录表
设备 名 测点 电机转 速 位置
， ｒ ｐ ｍ
ＶＧ １ Ｏ１ 一Ｈ
图 ２ 齿轮箱 结构 示意图
速度信号 速度信号 加速度 加速度
Ｒ Ｍ Ｓ ／ （ ｍ ｍ ／ ｓ ）
３ ３Ｏ． ４
Ｉ ４
２ ８ ３
Ｖ Ｇ６ ０ １ 一 Ｈ Ｖ Ｃ６ ０ ２ Ｖ
－
Ｌ１
２ ８ ３
齿轮箱典型故障振动特征与诊断策略
振动与冲击第!"卷第#期$%&’()*%+,-.’)/-%()(012%34,567!"(57#!""! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!8齿轮箱典型故障振动特征与诊断策略"丁康朱小勇陈亚华（汕头大学机械电子工程系，汕头989":#）（重庆大学机械工程学院，重庆;""";;）摘要准确地提取各种典型故障的特征是进行齿轮箱故障诊断的关键。
通过大量的实验，对齿轮箱中的齿形误差、齿轮均匀磨损、箱体共振、轴轻度弯曲、断齿、轴不平衡、轴严重弯曲、轴向窜动、轴承疲劳剥落和点蚀等九种典型故障进行分析，总结其振动信号的时频域特征，并在此基础上提出采用基于建档案的两时域（原始时域和包络时域）三频域（频谱、细化谱、解调谱）的诊断方法，为齿轮箱智能诊断系统的研制打下良好的基础。
关键词：齿轮箱，故障诊断，特征提取，信号分析中图分类号：/<!":"引言随着现代工业的发展，齿轮已成为现代工业中最关键的零件之一，齿轮箱由于传动比固定，传动力矩大，结构紧凑，因此在各种机器中得到了广泛的应用，成为各类机器的变速传动部件。
据日本新日铁会社的统计［8］，齿轮故障约占机器总故障次数的8"7#=左右。
据统计，在齿轮箱失效零件中，齿轮本身的失效比重最大约占:"=，可见齿轮传动是诱发机器故障的重要部位。
因此，进行齿轮箱故障诊断研究有着重要的意义。
齿轮箱中的轴、齿轮和轴承在工作时会产生振动，若发生故障，其振动信号的能量分布就会发生变化，振动信号是齿轮箱故障特征的载体。
在齿轮箱典型故障机理研究和特征提取方面，由于齿轮箱的结构复杂，工作环境一般比较恶劣，各种干扰较大，涉及问题较多，国内外学者虽然取得了一定的成绩［9］，但对于齿轮和轴的故障机理研究仍然不够深入，需要进一步的完善和研究。
船用齿轮箱装置试车状态振动异常解决措施
齿轮箱装置是柴油机将动力传递至螺旋桨的重要纽带。
振动是评定齿轮箱装置运转质量的主要指标，也决定了齿轮箱装置的质量。
本文针对某船用齿轮箱装置在实际试验时出现振动超标的情况，通过理论分析和试验验证定位引起振动超标的原因，并在此基础上探索预防和减小振动的措施。
一、齿轮箱装置试验方案被试齿轮箱形式为双输入、单输出。
通过该齿轮箱装置将两台柴油机动力传递到桨轴上。
按设计工况布置试验方案，如图1所示。
图1 试验布置采用两台拖动电机，通过扭矩仪后联接齿轮箱输入部分; 齿轮箱输出部分则通过一台陪试箱将转速转换至输入转速值后，通过扭矩仪联接后端加载电机，实现对齿轮箱装置的加载功能。
按设计要求，在齿轮箱装置的安装面上布置测点并安装振动传感器，以测量加载过程中各点的振动情况。
测点分布如图2所示。
图2 测点布置二、试验结果及分析齿轮箱装置在功率为2 ×1000kW、输入转速分别为480r/min和600r/min的工况下，机脚处测点平均加速度的总振级值分别为114.86 dB( 要求值为≤115dB) 和122.66 dB( 要求值为≤120dB) 。
可见该齿轮箱装置振动性能未达标。
分析振动数值并结合以往经验，列出导致振动超标的潜在因素如下:(1) 输入轴系线速度较高，达到28m/s，轴系动平衡精度等级设计不合理;(2) 齿轮箱装置与安装基座、安装基座与槽铁之间联接扭力不达标，或联接螺母有松动情况;(3) 齿轮箱装置冷、热态间温差与预计不一致，导致台架对中数据计算有偏差;(4) 箱体外部管路附件支撑不牢固，运转时发生抖动，导致齿轮箱装置整体振动增大。
三、解决措施根据原因分析，拟定以下解决方案:(1) 对输入轴轴系重新做动平衡试验，将动平衡精度等级从原先的G6.3 提升至G2.5;(2) 复查联接处紧固件扭力值;(3) 重新计算齿轮箱装置温升后的轴线偏移量，并在冷态对中时进行相应补偿;(4) 对外部油管及泵阀等油路部件支撑做加固。
机械故障诊断技术齿轮箱故障诊断PPT课件
图8－1 齿根部的应力集中
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二．齿面磨损或划痕
2019/11/24
A）粘着磨损 在低速、重载、高温、齿面粗糙度差、供油不足或油粘度 太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。润滑油的粘度高，有利 于防止粘着磨损的发生。
B）磨粒磨损与划痕 含有杂质颗粒以及在开式齿轮传动中的外来砂粒或 在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。一般齿顶 、齿根问好摩擦较节圆部严重，这是因为齿轮啮合过程中节圆处为滚动 接触，而齿顶、齿根为滑动接触。
C）腐蚀磨损 由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿 面发生化学反应造成金属的腐蚀而导致齿面损伤。
3Байду номын сангаас
2019/11/24
D）烧伤 烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过 分摩擦所产生的局部区域过热，这种温度升高足以引起变 色和过时效，会使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白 层。损伤的表面容易产生疲劳裂纹。
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8．3 齿轮的故障分析方法
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一．功率谱分析法
功率谱分析可确定齿轮振动信号的频率构成和振动能量在各频率成分 上的分布，是一种重要的频域分析方法。
幅值谱也能进行类似的分析，但由于功率谱是幅值的平方关系，所以 功率谱比幅值谱更能突出啮合频率及其谐波等线状谱成分而减少了随机振 动信号引起的一些“毛刺”现象。
由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，
由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在
高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形
成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑
齿轮箱故障的原因和诊断方法.ppt
齿轮箱是机械设备中应用最为广泛的传 动机构。 自身结构复杂，工作环境恶劣，非常容 易出故障。 齿轮箱故障将直接影响设备的安全可靠 运行，降低加工精度和生产效率。 由此，齿轮箱故障研究的目的和意义就 不言而喻了，比如：保障机器安全，有 效地运行；提高生产效率，保障产品质 量等等。
齿轮箱故障的原因
小波包函数
被定义为 ：
式中 n=0，1 ，2 …为振荡参数 ， J∈Z和 k∈Z 分别是尺度 参数和平移参数
齿轮箱故障诊断试验
三：小波包特征提取
对采集到的齿轮箱振动信号进行 3层小波包分解，采用Shannon熵准，可 得到从低频到高频的8个等宽频率的子频带，本文采样频率为2560kHz。
齿轮箱故障诊断试验
式中n=1,2,3,4， i=1,2,…,N， N为信号长度N=1024。
设所提取的 4个能量值为 网络的一组特征参数 将 P作为小波神经
齿轮箱故障诊断试验
四：小波特征提取
小波变换后的逼近信号和细节信号
齿轮箱故障诊断试验
五：小波神经网络小波神Βιβλιοθήκη 网络模型齿轮箱故障诊断试验
小波神经网络测试流程
齿轮箱故障诊断步骤
信号检测 号 根据齿轮箱的工作环境和性质，选样并测取能够反映 齿轮箱工作情况或状态的信号，这种信号称为原始信号。
特征提取
将原始信号进行信号分析和处理，提取反映 齿轮箱状态的有用信息（特征），形成待检模式。
状态识别
将待检模式与样式模式（故障档案）对比和状 态分类，判断齿轮箱是否工作正常或者说有无故障。
网络参数初始化 计算隐含层及输出层的输出
计算误差E和梯度向量p
齿轮的故障诊断
齿轮的故障诊断齿轮的故障诊断一、齿轮的常见故障齿轮是最常用的机械传动零件，齿轮故障也是转动设备常见的故障。
据有关资料统计，齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。
齿轮故障可划分为两大类，一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等，另一类是齿轮本身（即轮齿）在传动过程中形成的故障。
在齿轮箱的各零件中，齿轮本身的故障比例最大，据统计其故障率达60%以上。
齿轮本身的常见故障形式有以下几种。
1. 断齿断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。
断齿有三种情况：①疲劳断齿由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。
裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。
②过载断齿对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。
③局部断齿当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。
偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿。
局部断齿总是发生在轮齿的端部。
2. 点蚀点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。
在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。
裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。
如此循环变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即点蚀。
点蚀有两种情况：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀）通常只发生在软齿面（HB＜350）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。
原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。
②扩展性点蚀发生在硬齿面（HB＞350）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。
齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断
齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断摘要：齿轮箱常见的失效类型为齿轮箱，所以定期监控其工作状况，以减少故障率，提供预测型的检修计划。
应用结果显示，该技术能够对变速箱进行有效的判断，并能正确地判断出变速箱的故障部位和严重性，从而为船员制定相应的检修计划，降低无用维护费用，防止机械和机械的非计划停运。
关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障诊断引言：在回转机构中，最常见的是齿轮，它的工作状态对整个机器的工作情况有很大的影响。
齿面磨损、表面接触疲劳、齿面塑性、齿面弯曲和齿面折断等是常见的失效类型。
一、齿轮箱故障诊断的意义在风力发电机组中，齿轮箱作为重要传动设备，为风能转化为电能提供源源不断的动力，发挥着十分重要的功能。
风力发电机组中的齿轮箱，不仅体积、质量较大，而且结构十分复杂，这也导致在发电机组运转过程中，齿轮箱容易发生各种故障，进而使发电机组的运行受到较大影响，甚至蒙受重大损失。
近年来，陆续爆发出多起因为齿轮箱故障而导致风力发电机组停运的实践，不仅让发电机组受到极大影响，而且带来重大经济损失。
所以说，对风力发电机组齿轮箱实施有效的故障诊断措施，从而尽发现问题，解决问题，保证其稳定性，不仅具有极大的经济意义，而且有很强的社会意义[1]。
传统的齿轮箱故障诊断主要是通过人工方式实现的，通过人工巡检加定期维护的方式，排除齿轮箱故障。
然而，这种模式，一方面带有很强的滞后性，通常都是齿轮箱发生故障以后，并且对发电机组造成影响之后，才能够去被动的应对，依然无法完全避免损失；另一方面，齿轮箱结构复杂，人工方式诊断故障，不仅准确率不高，而且耗费大量的时间和人力。
因此，通过对齿轮箱实施在线监控，并通过监控数据对齿轮箱实施故障诊断，一旦发现异常立刻予以维护、维修，只有这样，才能够真正有效的预防齿轮箱故障，将隐患消除，从而最大程度降低对风力发电机组的影响。
二、齿轮箱故障诊断机理实现齿轮箱的故障诊断，首先必须了解齿轮箱的故障机理，以此为基础选择合适的诊断技术，才能有有效保障故障诊断的及时性与准确性。
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高于其它两级。第二级是设计、制造中应
加强的薄 弱环节。但由于没有给予足够的
重视，在长期运行中振动过大，使齿圈产
生疲劳断裂，这是近几年发生事故的原因
所在。从目前运行的情况看来，原料磨2#
齿轮箱的第二级齿轮传动状 况不佳，应加
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Байду номын сангаас
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强监测，准备必要的备件。
(2) 从综合评定的角度曾，原料磨2#齿轮箱振 动值高于2#和原料密1#的齿轮箱振动。用 ISO大型机器振动强度评价标准衡 量，巳超 过允许值11. 2mm／s。且原料磨2#齿轮箱箱 体温度高于其它齿轮箱l0℃左右，应及时进 行检修。
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诊断结论
➢ 齿轮箱运行状态监测与故障诊断采用FFT 谱分析和倒频谱分析是有效的。
➢ 三级传动的齿轮箱装置中，应提高第二 级传动件的设计和制造要求，以避免过大 的二级传动啮合频率振动。
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谢谢!
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分析
(1) 在三级传动的齿轮装置中，输入与输出两
级的啮合作用力都要由中间级来承担，所
以啮合振动最为强烈。啮合振动的幅值远
一、齿轮箱故障诊断
1.诊断目的和对象 在机械设备中，齿轮箱的用量很大，一旦
发生故障，损失严重。 齿轮运行中的振动现象可反映齿轮箱的
运行状态，故采用振动情号进行分析和诊 断，将记录下来的齿轮箱振动信号进行 FFT(快速傅里叶变换)分析处理。
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2.诊断方法及分析
方法：在现场用振动计和磁带记录仪测试 记录了齿轮箱每根传动轴轴承座上的振动 信号，表1列出三台齿轮箱振动速度均方根 值，测试时1#齿轮箱检修没有列入 。
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(3)原料磨1#齿轮箱在运转中存在着调制现象， 图15—4是撮动信号的例频谱，峰值出现在 例频率80ms处，调制频繁fM＝1000／80＝ 2.5Hz，恰等于驱动电机旋转频率，也等于 齿轮箱第一传动铀的旋转频率。应检查第 一传动轴的零部件的磨损、松动、偏心等 状况，也应检测电机的进行振动状况。这 些工作有待今后进一步测试分析，其它两 台齿轮箱振动中没有发现调制现象。