齒輪箱故障分析與診斷策略

2016-12-07木業(yè)設(shè)備減速機(jī)維護(hù)與保養(yǎng)

齒輪箱是一種工業(yè)用的組件，它能經(jīng)由傳動(dòng)齒輪系完成功率的傳遞任務(wù)，同時(shí)，齒輪箱作為一種傳送齒輪的機(jī)械配件，在化工方面的用途也很廣。本文由齒輪箱的應(yīng)用，對(duì)齒輪箱的常見故障表現(xiàn)和診斷措施展開詳盡的論述。

　　一、齒輪箱的用途

　　齒輪箱的主要用途如下：首先，它可以通過齒輪組來改變傳遞的速度，在工業(yè)上常常把它叫做“變速齒輪箱”。其次，齒輪箱能變換轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，也就是說，在功率一樣的前提下，轉(zhuǎn)速越大的齒輪，齒輪軸所受到的力矩反而越小，反過來則越大；再次，齒輪箱用于動(dòng)力的分配，在工業(yè)上，工作人員可用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)由齒輪箱的主軸牽動(dòng)若干個(gè)從軸，進(jìn)而只要一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)牽引好幾個(gè)負(fù)載；第四，齒輪箱有離合功能，剎車離合器就是利用的齒輪箱離合功能，人們能自由地將兩個(gè)相互嚙合的齒輪分隔開來，進(jìn)而把負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)分裂開；第五，變換傳動(dòng)方向，不妨采用兩個(gè)扇形形態(tài)的齒輪把其中的力以垂直的方向有序地傳導(dǎo)至另一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。

　　二、齒輪箱的典型失效故障的表現(xiàn)

　　經(jīng)由對(duì)齒輪箱實(shí)際應(yīng)用的分析，不難測(cè)定其故障。整個(gè)齒輪箱系統(tǒng)包含了軸承、齒輪、傳動(dòng)軸和箱體結(jié)構(gòu)等部件，作為一類常用的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，它在持續(xù)運(yùn)動(dòng)地同時(shí)，非常容易出現(xiàn)機(jī)械配件的故障，特別是軸承、齒輪和傳動(dòng)軸這三個(gè)零件，其他發(fā)生故障的幾率明顯比它們低。

　　齒輪執(zhí)行任務(wù)時(shí)，因種種復(fù)雜的因素影響而缺乏工作的能力，功能參數(shù)的數(shù)值超越了允許的最大臨界數(shù)值，這發(fā)生了典型的齒輪箱故障。其表現(xiàn)形式也五花八門，通觀全局，其主要分為兩大類：第一是齒輪在日積月累的轉(zhuǎn)動(dòng)中逐漸產(chǎn)生的，因齒輪箱的外表面在承擔(dān)相對(duì)大負(fù)載的過程中，互相嚙合的齒輪的間隙中又會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滾動(dòng)力與滑動(dòng)力，滑動(dòng)時(shí)候的摩擦力與極點(diǎn)兩端的方向剛好相反，久而久之，長期的機(jī)械運(yùn)行會(huì)使齒輪膠合、出現(xiàn)裂隙、加大磨損的程度，齒輪斷裂也就成為必然了。另外一類故障是因工作人員不熟悉安全操作流程或者違背了作業(yè)規(guī)范與要求，在安裝齒輪時(shí)出現(xiàn)疏忽，亦或是在起初制造中為故障的發(fā)生埋下了隱患，這一故障常常是因?yàn)閮?nèi)孔與齒輪的外部圓圈不在相同的圓心上，齒輪交互嚙合時(shí)的形狀存在誤差和軸線分布不對(duì)稱。

　　除此之外，在齒輪箱的每個(gè)配件中，軸也是會(huì)輕易出現(xiàn)閃失的一個(gè)零件，當(dāng)有比較大的負(fù)載沖擊軸時(shí)，軸就會(huì)迅速地發(fā)生形變，直接誘發(fā)齒輪箱的這一故障。當(dāng)對(duì)齒輪箱的故障診斷時(shí)，形變程度各異的軸對(duì)于齒輪箱故障的影響效果是不一致的，當(dāng)然其間也會(huì)有不一樣的故障表現(xiàn)，所以說軸的扭曲變形也有重度和輕度之分。軸的失衡會(huì)帶來故障，其原因如下：在負(fù)載大的環(huán)境下工作，久而久之形變也在所難免；軸本身在生產(chǎn)、制造和加工等諸多工藝流程中暴露出一系列缺陷，致使新鑄就的軸會(huì)呈現(xiàn)嚴(yán)重失衡的情況。

　　三、齒輪箱故障診斷的策略

　　齒輪箱是齒輪與軸承共存的統(tǒng)一機(jī)械體，其因加工缺陷或者受到壓力而產(chǎn)生的種種故障都值得關(guān)注，一般而言，通常采用以下幾種方法：

　　1.倒頻譜分析的辦法

　　倒頻譜分析也稱二次頻譜分析，是近代信號(hào)處理科學(xué)中的一項(xiàng)新技術(shù)。當(dāng)機(jī)械信號(hào)的頻譜圖出現(xiàn)難以識(shí)別的多族調(diào)制邊頻時(shí)，倒頻譜可以分解和識(shí)別故障頻率，分析和診斷故障產(chǎn)生的原因。

　　針對(duì)于具備若干對(duì)的齒輪相互嚙合的齒輪箱振動(dòng)頻譜圖，因每一對(duì)齒輪嚙合的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)邊頻帶，當(dāng)個(gè)別的邊頻帶交織集中分布時(shí)，只進(jìn)行頻率細(xì)化的識(shí)別分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因倒頻譜會(huì)把功率譜當(dāng)中的諧波轉(zhuǎn)變?yōu)榈诡l譜圖里面的單根譜線，它的位置也就暗示著功率譜中相應(yīng)的諧波頻率相隔時(shí)段。

　　倒頻譜的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是相對(duì)于傳感器的信號(hào)傳輸路徑或者測(cè)點(diǎn)方位反映不靈敏，對(duì)于頻率的調(diào)控和振幅的數(shù)值間的關(guān)聯(lián)不敏感，反過來有助于監(jiān)測(cè)故障信號(hào)的大小，而未測(cè)量出某一個(gè)測(cè)點(diǎn)振幅的具體數(shù)值。

　　2.邊頻帶分析辦法

　　通常意義上，從兩個(gè)方面分析邊頻帶，一個(gè)是比照每一次測(cè)量過程中邊頻帶振幅的變動(dòng)范圍；還有一個(gè)是借助于邊頻帶頻率的對(duì)稱特性，查看具體的頻率關(guān)系，明定是不是同一組的邊頻帶，若是，則能順著得出調(diào)制信號(hào)的頻率數(shù)值和齒輪箱嚙合的頻率大小。

　　需要指出的是，齒輪的脫落、齒根上面的裂痕和個(gè)別斷齒等個(gè)別故障會(huì)出現(xiàn)明顯的瞬態(tài)調(diào)制，在嚙合的方位及其兩側(cè)也會(huì)有一系列的邊帶，它們的特征主要是階數(shù)比較稠密、譜線散亂。因高階變頻相互之間的層疊而導(dǎo)致邊頻的形狀各不相同。若出現(xiàn)明顯的局部故障還能促使諧波的成分及其轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率上升。

　　這里的邊頻帶成分含有比較充足的齒輪箱故障信息資源，要想獲取該信息，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)需有充足的頻率分辨率，進(jìn)而促進(jìn)邊頻帶相隔距離能得到精準(zhǔn)地測(cè)量。