簡(jiǎn)述了齒輪故障診斷的原理，并通過(guò)冷軋廠(chǎng)開(kāi)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(shuō)明了齒輪故障診斷技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用。
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(chǎng)監(jiān)測(cè)和診斷的主要對(duì)象。對(duì)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)，利用診斷儀器對(duì)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(guò)對(duì)冷軋廠(chǎng)開(kāi)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(lái)介紹齒輪故障診斷技術(shù)在場(chǎng)的應(yīng)用。
一、齒輪故障診斷原理
一對(duì)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(hào)分解為若干個(gè)諧波分量之和。當(dāng)齒輪發(fā)生故障后，齒輪的嚙合剛度降低，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)畸變加劇，在頻譜圖上，嚙合頻率處的譜值會(huì)顯著增大，而故障齒輪的振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)頻率對(duì)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。
二、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與故障診斷
2.1 冷軋廠(chǎng)開(kāi)卷機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖及主要技術(shù)參數(shù)冷軋廠(chǎng)開(kāi)卷機(jī)設(shè)備的簡(jiǎn)圖見(jiàn)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。
2.2 測(cè)試參數(shù)及測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)試參數(shù)為速度、加速度，測(cè)點(diǎn)布置如圖1的①一⑥所示。
2.3 故障分析
2004年以來(lái)，開(kāi)卷機(jī)的振動(dòng)增大，為此進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，共測(cè)試了②，③，④，⑤共4個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中③測(cè)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(cè)點(diǎn)③附近存在故障。在測(cè)點(diǎn)③水平方向的時(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(hào)，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(cè)點(diǎn)③水平方向頻譜圖(圖3)上，由于故障信號(hào)的影響調(diào)制出大量的邊頻，譜線(xiàn)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 ms(即7. 5 Hz)，正好對(duì)應(yīng)大齒輪箱高速軸的轉(zhuǎn)速頻率。
2.4 診斷結(jié)論
根據(jù)齒輪故障診斷的原理，哪一對(duì)齒輪的嚙率所對(duì)應(yīng)的峰值較高，就說(shuō)明哪一對(duì)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(shuō)哪一根軸上的齒輪出現(xiàn)了故障。經(jīng)過(guò)上述分析，初判定開(kāi)卷機(jī)大齒輪箱的小齒輪存在著故障
不久，對(duì)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)。
更換新齒輪后，再次進(jìn)行測(cè)量，測(cè)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 m/s，峭度指標(biāo)從原來(lái)的20. 2降到3. 17。說(shuō)明該機(jī)已正常運(yùn)行。
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(hào)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)。嚙合頻率的邊頻幅值也很小(圖7)，這也說(shuō)明故障已不存在。
3 結(jié)語(yǔ)
在齒輪箱各類(lèi)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(duì)齒輪箱進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并作趨勢(shì)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。
