齿轮传动噪音及故障分析诊断
行星齿轮箱故障诊断方法
行星齿轮箱故障诊断方法1. 引言1.1 引言行星齿轮箱是一种常见的传动装置，在各种机械设备和车辆中被广泛应用。
它能够有效地将动力传递给机械系统，从而实现各种动力传动和转速调节的功能。
由于长时间的使用和磨损，行星齿轮箱可能会出现故障，导致设备性能下降甚至完全失效。
及时准确地诊断行星齿轮箱的故障非常重要。
本文将介绍行星齿轮箱的故障现象、可能的原因、诊断方法、常见解决方案和预防措施，帮助读者更好地了解行星齿轮箱故障的发生和处理方法。
通过掌握这些知识，读者可以及时发现和解决行星齿轮箱的故障，延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性和安全性。
在本文的指导下，读者可以更加有效地管理和维护行星齿轮箱，确保设备的正常运行和高效工作。
愿本文能够为读者提供有价值的信息和帮助，使他们能够更好地了解和处理行星齿轮箱故障问题。
2. 正文2.1 故障现象故障现象是指在行星齿轮箱工作过程中可能出现的各种问题和异常情况。
通过观察和记录这些故障现象，可以帮助工程师们更快速、准确地诊断问题，并采取相应的处理措施。
常见的行星齿轮箱故障现象包括：轴承异响、运转噪音过大、温升异常、油品泄漏、齿轮磨损严重、工作效率下降等。
轴承异响可能是轴承损坏或润滑不良导致的；运转噪音过大可能是齿轮配合间隙过大或叶轮受损；温升异常可能是润滑油渗漏或油温过高所致；油品泄漏可能是密封件老化或松动；齿轮磨损严重可能是使用寿命到期或润滑不当引起的；工作效率下降可能是因为零部件磨损过大或系统故障。
通过仔细观察和分析这些故障现象，可以有针对性地进行故障诊断和解决方案的制定。
定期检查和维护行星齿轮箱，及时处理故障现象，可以提高设备的可靠性和工作效率，延长设备的使用寿命。
2.2 故障可能原因行星齿轮箱故障可能原因很多，主要包括以下几个方面：1. 润滑不足：行星齿轮箱在工作过程中需要足够的润滑油来减少摩擦和磨损，如果润滑油不足或质量不合格，就会导致齿轮箱零件间的摩擦增大，从而引起故障。
齿轮箱故障分析和维护使用
风电齿轮箱的故障分析和维护风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。
其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。
因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。
同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。
随着风电行业的发展，更多更大功率的机组投入商业化运营，因而其维修费用更高。
虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如德国的Renk公司，Fland公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在这方面都作了研究，并且有的企业也付出了很大的代价，但目前世界风电行业所用增速齿轮箱仍然事故较多。
因此，采用先进技术，分析其失败的原因，总结和吸收以往开发其它项目齿轮箱成功的经验，研制高技术性能，高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。
一、风电齿轮箱故障分析（一）、齿轮传动的故障原因分析齿轮传动是机械设备中设备中最为常用的传动方式之一。
风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。
据有关资料统计，齿轮箱发生故障有40％的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的，即是由制造单位设计制造引起的；另有43％的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的；还有17％的原因是由于相邻条件（如电机、联轴节等）的故障或缺陷引起的。
当然，风电齿轮箱故障原因是否有这比例关系，还要经过统计得出。
由此可见，为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行，提高齿轮传动的可靠性，一方面需要改进设计、提高加工制造精度以及改善装配质量，另一方面则必须提高运行管理和维护水平，对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。
(二).齿轮箱中主要故障及其原因分析据统计,齿轮箱中其次是轴承，占20％；再者是轴，占10％。
最后是箱体和紧固件。
由此可见，在齿轮箱中齿轮本身的故障所占比重大。
说明在齿轮传动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其运行维护水平是关键问题。
浅谈齿轮振动信号的分析与故障诊断
长度 ， 证锚拉的可靠 ， 保 分层支 护要 注意及时性 、整体性 ；模 社 ．０ ３ ２ ０．
ＭＯＤＥ Ｎ Ｒ
Ｃ Ｌ＿Ｒ Ｅ岫 理论研究 ＵＴＰＩ 一 Ｕ Ｒ ＥＳ Ｒ
浅谈齿轮振 动信号 的分析与故 障诊 断 பைடு நூலகம்
董 洪超 ，赵 瑜ｚ
（． １ 宣钢 焦化厂 ；２ 宣钢运输 部 ，河北 张 家 口 ０ ５ ０） ． ７１０
摘要 ：文章通过 建立齿轮 系统试 验模 型 ，应 用Ｃ Ｌ Ｓ ｔＡ 软件
系统 采 集 实 际 齿轮 振 动 信 号 ，分 别 采 用 概 率 密度 估 计 法 、 时域
一
、
齿轮振动信号的时域和频域分析方法
（ ） 一 振动信号时域分 析方法
分析法和频域 分析 法对 系统信号进行分析与特征提取 ，分别研
在齿轮故 障诊断 中，振动信号是最常用 的检测信号 ，直接 究 了正常齿轮 、裂纹齿轮 和磨损齿轮 的故障特征 。并辨识 出齿 对振动时域信号 的时间历程进行分析 和评估 是状态监测和故障 轮 系统 的 不 同运 行 工 况 。 诊断最简单和最直接的方 法，直接观察时域波形 可以看 出周期、 关键词 ：齿轮振动信号；齿轮故障 ；时域分析 ；频域分析 谐波 、脉 冲、共振 、拍频现象 。还有 时域故 障诊 断的各动态指 标 ，如 ：反映信号 中心趋势标 志的均 值；描述 动态信号强度 的 齿 轮是工业 中应用十分广泛 的一种 通用零部件 ，其 类型多 ， 指标均方值 、均方根值 和方根 幅值 ；反 映信号偏 离中心趋势波 用量大 ，大部分设备都 会用 到齿轮。齿轮传动多以齿轮箱的结 动强度 的指标方差 ；用 于和正态分布 曲线 比较 、分 别反映信号 构出现 ，它是 目前广泛采用 的主要传 动形 式之一。虽然齿轮从 概率分布 的中心不 对称 程度 和概 率密度函数峰顶的凸平度的偏 设计、结构 、材料 到制造等 方面已相当成 熟和规范。但仍然难 斜度和峭度 ，还有一些无量纲动态指标 ：波形指 标、脉 冲指标、 以避免诸 如磨 损 、剥 落 、点蚀 、裂纹等常发 故障 。研 究表 明 ， 峰 值 指 标 和裕 度 指 标 等 。另 外 还 有 相 关 分 析 中 的 自相关 分析 和
齿轮传动实验
实验所需材料清单
轴承座及轴承 加载器及砝码
传感器及数据采集器
实验所需材料清单
润滑油及润滑工具 实验所需的其他辅助材料和工具
安全操作规程
实验前需检查实验台各部 件是否完好，如有损坏应 及时更换或维修。
实验过程中应保持实验台 及周围环境的清洁，避免 杂物进入齿轮传动系统。
分析齿轮传动效率及磨损情况
通过实验对比不同参数和工况下 的齿轮传动效率，分析影响效率
的主要因素。
观察齿轮在长时间运转后的磨损 情况，探究磨损机理和预防措施。
结合理论分析和实验结果，提出 改进齿轮传动效率、降低磨损的
具体措施。
提升实验设计与操作能力
通过自主设计实验方案、搭建实验装置、采集实验数据等过程，提升实验设计和操 作能力。
实验过程中应严格遵守实验步 骤和操作方法，避免误操作导 致设备损坏或人身伤害。
实验结束后应关闭电源， 清理实验现场，将实验设 备和材料归位。
加载过程中应逐步增加负 载，避免突然加载导致齿 轮传动系统损坏。
03 实验原理与方法
齿轮传动基本原理回顾
01
02
03
齿轮传动的定义
通过两个或多个齿轮的啮 合来传递运动和动力的机 械传动方式。
确保齿轮传动实验台、电机、传感器、数据采集器等设备完好
无损。
准备实验工具
02
准备必要的工具，如扳手、螺丝刀、测量尺等，以便进行设备
安装和调试。
了解实验原理
03
熟悉齿轮传动的基本原理、传动比计算方法以及实验台的工作
原理。
齿轮安装与调试过程
安装齿轮
根据实验要求选择合适的齿轮，并按照正确的顺序和方向安装在 实验台上。
齿轮常见故障类型及诊断方法
的应力集中， 交变载荷易使根部产生裂纹最终导致 断裂 ， 裂纹的扩展可以是沿横向的， 也可以是沿斜线 向上 的… 。因此 ， 裂 形 式 可 能是 齿 根 ， 可 能 是 断 也
齿顶 部分 ， 如图 １ 示 。 所
图 ２ 齿 的磨 损 与点 蚀
４ 实例分析
图 ５为齿轮箱实测频谱图， ５ 为修理前的频 图 ａ 谱， 可以看 出， 在各阶啮合频率 附近均有明显的边
带， 且总 的振动 量级 均较 高 ； ５ 图 ｂ是修理后 的结 果 ，
部放大， 用来判断或读出故障的特征信息 。
细化谱边频诊断故障一般从 ２方 面着手 ： １ （）
利用 边带 的对 称性 ， 出 ±ｎ （ 找 ｎ＝１ ２ … ） ， ， 的频
率关 系 ， 确定 是否 成 为一 组 边带 ， 如果 是 边 带 ， 可 则
知道啮合频率 和调制信号频率 ； ２ 比较 各次 （）
测量中边带幅值变化 的趋 势。由此 ２点 ， 就可判断
故 障 的类 型 和故 障发 展 的程 度 。
磨损的因索 ， 故齿轮磨损后齿的几何形状 、 厚度均产
１ 常见故 障类型 和失效 比例
１ 齿的断裂 ， ） 故障比例为 ４ ％ ； １ ２ 齿 面疲 劳 （ ） 点蚀 、 落等 ） 失效 比例 为 ３％ ； 剥 ， １
３ 齿 面划 痕 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０ ４ 齿 面磨 损 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０
中图 分 类 号 ：Ｈ１２ Ｔ ３
在齿 轮箱 的诊 断 中 ， 几乎 涉 及 了旋转 机 械 中 大
疲 劳 和 过 负荷 断 裂从 本 质上 说 是 由 于设 计 、 制 造 、 配不 良而 引 起 的轴 系 共振 、 的弯 曲 、 装 轴 系统 速 度 的急 剧 变化 、 不平 衡载 荷等原 因造成 的 。
轴承与齿轮传动器常见故障诊断方法分...
球磨机轴承与齿轮传动器常见故障诊断方法分析玉溪大红山铜矿机电一体化大专班潘翔2010年9月[球磨机在使用过程中难免会出现这样那样的故障，从而影响磨机工作效率，本论文对球磨机的轴承和小齿轮常见故障及解决方法进行全面的分析总结]摘要现代化生产日益向着大规模化、系统化、自动化方向发展，机械故障诊断越来越受到重视。
如果主要设备出现故障而又未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，而且影响正常生产，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。
在连续生产系统中，如果主要设备因故障而不能继续运行，往往会涉及全厂生产系统设备的运行，而造成巨大的经济损失。
本文在介绍了球磨机主要的故障机理、特征及其诊断方法，并对各种监测诊断方法进行探讨分析。
基于具体工业实际，本文重点针对球磨机常见轴承故障、齿轮传动系统故障、磨机“胀肚”自诊断与过程控制的监测诊断方法做了深入的探讨、研究；提出运行状态监测、故障诊断与生产过程控制相结合的系统设计思想。
此外，根据球磨机主要的监测内容和特点，对球磨机实时工况与状态识别、在线分析与故障诊断进行系统设计，并完成监测诊断及生产过程控制系统的构成，确定监测诊断系统的工艺设计框架。
关键词：球磨机；运行状态监测；故障诊断；分析第1章绪论1.1对球磨机进行故障诊断的必要性近年来，随着机械工业中的机械设备朝着轻型化、大型化、重载化和高度自动化等方向发展。
出现了大量的强度、结构、振动、噪声、可靠性，以及材料与工艺等问题，设备损坏事件时有发生。
大型旋转设备状态监测与故障诊断技术研究是国家重点攻关项目，目的是提高大型旋转设备的技术状况，减少突发性事故，避免重大经济损失。
”1.2 球磨机故障概述球磨机是选矿工艺中一个应用非常广泛且十分重要的粉磨设备。
日益向大型化、自动化及复杂化方向发展。
这样的关键设备一旦发生故障后，往往给生产带来巨大的影响，常常因为对故障的出现估计不足，致使企业蒙受较大的经济损失。
每年，企业为了保持球磨机系统处于正常运转状态的维修费用，在企业的经营费用中占有很大的比例。
关于齿轮传动系统故障诊断技术的研究进展
关于齿轮传动系统故障诊断技术的研究进展摘要：齿轮传动系统作为如今应用最为广泛的动力传递装置之一，为汽车、航天、冶金、煤矿、核能等众多领域提供了运转和操作的技术手段，因此，对于齿轮传动系统的日常养护及检修工作就要引起高度的重视，一旦出现了故障就会使得整个机器设备无法正常运转，进而影响到整个工程的实施及进展。
因此，设备检修和维护人员应当提前做好齿轮传动系统的故障诊断工作，避免机器运转过程中发生故障，造成不必要的损失。
本文结合当前国内外的有关研究理论，简要介绍了齿轮传动系统故障诊断技术的研究分析，并对有关技术提出了进一步的展望。
关键词：齿轮传动系统；故障诊断；故障分析；特征提取引言一、齿轮传动系统故障诊断方法首先，要想做好齿轮传动系统故障诊断技术的研究工作，首先要掌握齿轮传动系统故障诊断方法。
而齿轮在运动的过程中，会产生多种多样的有特征的变化。
而这些特征的变化会直接表现出齿轮传动系统的运行状态，齿轮传动系统故障诊断的主要方法就是对这些故障特征进行提取，进而通过综合分析来做出准确的判断。
（一）基于振动信号的齿轮传动系统故障诊断方法通过振动信号来对故障进行诊断是当前十分通用的技术之一。
从形式上看，可以将齿轮传动系统看作是弹簧阻尼系统所构成的非线性系统。
由此可以得知，齿轮传动系统在进行时可以传递出许多信号，而这些信号中，包含着不同设备的故障信息。
振动信号是能够在最大程度上呈现出齿轮和轴承运行状态的一个特征，但是由于受到目前现实中众多因素的制约，例如传感器的安装情况等，都会对信号的监测造成影响，甚至会由于这些干扰因素导致信号的获取存在误差，从而影响故障诊断的结果。
（二）基于电流分析的故障诊断方法电流分析故障诊断方法主要是应用于电器系统的齿轮传动系统当中，并且在电动机的应用过程中发挥着十分显著的作用。
由于电动机在工作的过程中，电流的变化并非一直是平稳的，在不同的负荷状态下会呈现出不同的特征，因此，通过电流分析方法对齿轮传动系统进行检测，可以直观地观察到电流发生的变化。
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。
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齿轮传动噪音及故障分析
【摘要】为适应节能高效的需要，传动系零部件在朝小型化发展，汽车变速箱采用斜齿轮传动方式，不仅结构紧凑、传动平稳，还有传动力大等特点。
斜齿轮传动存在轴向力和径向力，噪音的产生就包含了很多种原因。
本文介绍了汽车变速箱在设计、零件制造、总成装配三个方面中产生噪音的原因和解决措施。
关键词传动斜齿轮噪音设计制造装配
目前，客车变速箱普遍采用三轴式传动，下面介绍下我公司生产的6T-160客车变速箱，结构如图一所示：
图一
公司为确保产品质量，对噪音做了详细规定：在台位主轴2600转/分以上转速各档进行跑合试验，要求纯试验时间不得少于5
分钟，在跑合试验时检查产品噪声。
空档和前进档（超速档除处）≤85dB；超速档和倒档≤87dB
本文以6T-160客车变速箱为例，从齿轮传动的特性出发，分析了设计、加工、装配各环节中与噪声产生密切相关的各种主要因素，并对其加以总结归纳，从而得出一系列经验性的方法和思路。
齿轮传动系统的噪声分析
一般来说，齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面：
(1)齿轮设计方面参数选择不当，重合度过小，齿廓修形不当或没有修形，齿轮箱结构不合理等。
(2)齿轮加工方面基节误差和齿形误差过大，齿侧间隙过大，表面粗糙度过大等。
(3)轮系及齿轮箱方面装配偏心，接触精度低，轴的平行度差，轴，轴承、支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间隙不当等。
齿轮传动的减噪声设计
（1）、6T-160客车变速箱全部采用斜齿轮，齿轮的类型从传动平稳、噪声低的角度出发，斜齿圆柱齿轮同时接触的齿对多．啮合综合刚度的变化比较平稳。
振动噪声可能比同样的直齿圆柱齿轮低，有时可低到大约12dB。
（2）、增加斜齿轮传动重合度。
轮齿在传递载荷时有不同程度数变动，这样在进入和脱离啮合的瞬间就会产生沿啮合线方向的啮合冲力，因而造成扭转振动和噪音。
如果增加瞬间的平均齿数，即增大重合度，则可将载荷分配在
较多的齿上，使齿面单位压力减小，从而减小轮齿的变形，改善进入啮合和脱离啮合时的冲击情况，因此也降低了齿轮传动的扭转振动和噪音。
重合度由1.19增大至2.07时在1000rpm时降低噪音4dB，而在2000rpm时降低噪音6dB。
（3）、齿的修形、整形和变位在齿轮的实际工作状态下，由于轮齿、传动轴和箱体的变形会使轮齿在啮入和啮出时产生干涉和冲击，引起强烈的振动和噪声．为此，可采用进行修形、整形和变位的方式对啮合变形进行补偿达到降低振动和噪声的目的。
齿轮加工精度控制
6T-160变速箱齿轮精度要求7级，全部齿轮要求齿廓修形，齿向修形。
齿轮的加工精度对齿轮系统噪声有着重要的影响。
一般来说，提高加工精度有助于降低齿轮系统的噪声。
（1）、在各单项轮齿误差中，齿形误差对噪声的影响最大。
齿形误差大，则齿轮噪声大，但两者间并非简单的线性关系。
因为噪声的大小，不仅取决于齿形误差的大小，更主要的是取决于齿形形状。
实验证明，略带鼓形的齿形形状，有利于降低噪声。
（2）、关于齿轮轮齿侧隙对噪声的影响，一般说来，如果侧隙过小，噪声会急剧增大，而侧隙过大，则在松油门减速时会产生明显噪音。
加工过程中齿轮公法线尺寸是直接反映到侧隙的，工艺部门和检查员需把握这样的一个原则，公法线不允许过大（具体按实际使用情况），公法线偏小在一倍公差对齿轮各项指标影响很小。
（3）、提高齿面光洁度，齿轮精度要求在7级以上的，为更好控
制噪音，应全部采用磨齿工艺。
变速箱装配精度
变速箱的装配精度对噪音的影响往往被各个厂家忽视，例如，我公司生产的6T-160变速箱，全部采用锥轴承来抵消斜齿轮产生的轴向力和径向力。
（1）、轴承的装配质量直接影响到齿轮传动的噪音。
轴承预紧力偏小，传动轴没有起到定位作用，受力条件下，齿轮啮合发生改变，噪音增大。
轴承的预紧力的大小各个厂家往往是控制轴承轴向间隙，例如锥轴承间隙控制在0～-0.1。
轴承的预紧力的大小靠控制轴向间隙是不科学的。
不同厂家，不通批次在相同预紧力下，轴向间隙都是不同的。
不能简单的控制锥轴承的轴向间隙来满足锥轴承的预紧力要求。
（2）、对于齿轮的噪音和异响，绝大数厂家不加以区分，花大量人力物力，最终没能找到噪音的解决方法。
齿轮在装配前收到加工、物流、清洗各个环节影响，有时齿面产生锈蚀、毛刺、磕碰伤等问题，很难发现。
为杜绝此类零件装入变速箱，装配前需增加一道工序，即无侧隙啮合检查。
通过与标准齿轮对啮检查，检查齿轮齿面上是否存在毛刺、磕碰伤等问题。
结语
通过以上分析和总结，齿轮产生噪音是个综合性问题，影响因素很多。
今后，碰到变速箱噪音超标或者异响时，不要盲目判断，找到
合适的工作方法，通过排除法，找到噪音问题的原因，分析解决办法，最终解决噪音问题。
[ 参考文献]
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[4] 宁方惠广林康士朋.齿轮基本参数对啮合效率影响的研究[J].现代制造工程,2006
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