泰興減速機(jī)2019年6月12日訊  齒輪箱是用來改變轉(zhuǎn)速和傳遞動力的常用機(jī)械設(shè)備，由于齒輪箱本身工作環(huán)境惡劣，故容易受到損害和出現(xiàn)故障；而其中的零部件如齒輪、軸、軸承等加工工藝復(fù)雜，裝配精度要求高，又常常在高速度、重載荷下連續(xù)工作，故障率較高，是誘發(fā)機(jī)器故障的重要原因。因此對齒輪箱進(jìn)行診斷是自故障診斷技術(shù)問世以來一直受到人們普遍重視的課題之一。同時，隨著預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)備故障預(yù)測以及剩余壽命的預(yù)測也逐漸引起重視。

下圖分別為齒根部的應(yīng)力集中與齒面點(diǎn)蝕示意圖。

目前，減速器故障診斷方法包括基于振動信號的故障診斷，基于油液分析的故障診斷等，基于振動信號的故障分析相對應(yīng)用更為廣泛與成熟，振動診斷的實(shí)質(zhì)是對采集的動態(tài)信號在三維圖上的時域、幅域和頻域進(jìn)行分析和隨機(jī)數(shù)據(jù)處理，從而找出故障的原因和部位。

頻譜分析是對動態(tài)信號在頻率域內(nèi)進(jìn)行分析；分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)的各種物理量的譜線和曲線，可得到各種幅值以頻率為變量的頻譜函數(shù)。

可達(dá)到目的：

1）求得動態(tài)信號中的各個頻率分布范圍；

2）求出動態(tài)信號各個頻率成分的幅值分布和能量分布，從而得到主要幅度和能量分布的頻率值，為結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計提供依據(jù)；

3）通過對測試波形的分析，求得頻率成分和它們的幅值，來校正測試波形；

4）由頻譜分析所提供的頻率值、幅值、相位角和各種譜密度，為研究動力過程的傳遞和衰減機(jī)理，求得被測結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)、振型和結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的各種模態(tài)參數(shù)，為解決消振、幅振等問題提供條件。

振動時域波形是一條時間歷程的波動曲線。根據(jù)測量所用傳感器類型的不同，曲線的幅值可代表位移、速度或加速度。

示性指標(biāo)（特征量）

1）振動幅值，包括峰值、有效值和平均值等，其中峰值又分為零峰值和峰—峰值；

2）振動周期與頻率，不同的故障源通常會產(chǎn)生不同頻率的機(jī)械振動；

3）相位；主要用于比較不同振動運(yùn)動之間的關(guān)系，或確定一個部件相對于另一個部件的振動狀況。

時域分析是一種簡單又直接的方法。

故障的時域分析圖示例

機(jī)械振動的特征頻率不僅是識別故障類型的主要依據(jù)，也是識別故障部位的重要信息。

主要分析方法：

1）功率譜分析是現(xiàn)場診斷中應(yīng)用較多的一種頻譜分析方法，在理論和使用上都比較成熟，對齒輪大面積磨損、點(diǎn)蝕等故障的診斷效果很好，而對局部故障敏感性較差；

2）細(xì)化譜分析可以提高頻率分辨率，常常作為功率譜輔助分析手段；

3）倒譜分析對識別齒輪故障的邊頻結(jié)構(gòu)很有效，而且對于齒輪信號的傳遞路徑不敏感。

在振動信號分析中，小波變換屬于一種多分辨率的時頻分析方法。實(shí)際應(yīng)用中常使用簡單方便的二進(jìn)離散小波變換。從多分辨率分析的角度上看，小波分解相當(dāng)于一個帶通濾波器和一個低通濾波器，每次分解總是把原信號分解成兩個子信號，分別稱為逼近信號和細(xì)節(jié)信號，每個部分還要經(jīng)過一次隔點(diǎn)重采樣。如此分解N次即可得到第N層（尺度N上）的小波分解結(jié)果。

作為一種新的信號分析手段，在信號的特征提取方面具有傳統(tǒng)傅立葉分析無可比擬的優(yōu)越性，這主要表現(xiàn)在小波分析同時具有較好的時域特性和頻域特性，能夠聚焦到信號的任何細(xì)節(jié)；小波分析時所加的窗是面積一定，長寬可以改變的，信號的正交性分解是無冗余的，不存在能量的泄漏，能適用于處理各種類型的信號，尤其對非平穩(wěn)振動信號分析顯示了其卓越的性能，因此對于齒輪箱故障這樣的復(fù)雜信號，小波分析是比較合適的信號處理方法。

存在問題：

1）小波變換分析的結(jié)果不如傅立葉變換那樣直觀明了，需要分析人員具有一定的小波分析理論基礎(chǔ)進(jìn)行判斷。不宜于使用計算機(jī)對結(jié)果進(jìn)行自動分析和處理。

2）小波變換的核函數(shù)是不確定的。需要根據(jù)工程應(yīng)用中的實(shí)際進(jìn)行選擇。

典型故障：齒形誤差、齒輪均勻磨損、箱體共振、軸輕度彎曲、斷齒、軸不平衡、軸嚴(yán)重彎曲、軸向竄動、軸承疲勞剝落和點(diǎn)蝕

1）齒形誤差：振動能量和包絡(luò)能量有一定程度的增大。

齒形不好時的頻譜圖

2）齒輪嚙合頻率及其諧波的幅值明顯增大,階數(shù)越高,幅值增大的幅度越大;振動能量(包括有效值和峭度指標(biāo))有較大幅度的增加。

齒輪均勻磨損時的頻譜圖

3）箱體共振時,在譜圖上出現(xiàn)了箱體的固有頻率成份,一般情況下共振能量很大,而其它頻率成份則很小或沒有出現(xiàn)，頻譜圖如下圖所示。

4）斷齒時域表現(xiàn)為幅值很大的沖擊型振動,頻率等于有斷齒軸的轉(zhuǎn)頻。而頻域上在嚙合頻率及其高次諧波附近出現(xiàn)間隔為斷齒軸轉(zhuǎn)頻的邊頻帶;邊頻帶一般數(shù)量多、幅值較大、分布較寬。

5）軸輕度彎曲時,在齒輪傳動中將導(dǎo)致齒形誤差,形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率,以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象,如果彎曲軸上有多對齒輪嚙合,則會出現(xiàn)多對嚙合頻率調(diào)制。

6）軸嚴(yán)重彎曲時,時域有明顯的沖擊振動,以一定的時間間隔出現(xiàn),沖擊持續(xù)了整個周期的1/3以上，當(dāng)沖擊能量很大時激勵起箱體的固有頻率,振幅很大。

7）時域表現(xiàn)為頻率與有故障軸上相嚙合的兩對齒輪中較大的嚙合頻率相等,一周內(nèi)有正負(fù)各一次大的尖峰沖擊振動,頻域中嚙合頻率幅值明顯增大。

8）軸有較嚴(yán)重的不平衡時,在齒輪傳動中將導(dǎo)致齒形誤差,形成以嚙合頻率及其倍頻為載波頻率,以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象,但一般譜圖上邊帶數(shù)量少而稀。但在譜圖中其有故障軸的轉(zhuǎn)頻成分明顯加大。

9）滾動軸承內(nèi)外環(huán)及滾動體疲勞剝落和點(diǎn)蝕后,在其頻譜中高頻區(qū)外環(huán)固有頻率附近出現(xiàn)明顯的調(diào)制峰群,產(chǎn)生以外環(huán)固有頻率為載波頻率,以軸承通過頻率為調(diào)制頻率的固有頻率調(diào)制現(xiàn)象。

近年來,小波分析、模態(tài)分析、粗糙集理論、群體智能理論、生物免疫機(jī)理等理論方法在齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用,為齒輪箱等機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的提高和完善開辟了廣闊的前景。但也應(yīng)看到某些新理論在齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用,仍處于研究和摸索階段,還存在一定的不足。

隨著更多新技術(shù)、新方法的研究，故障診斷技術(shù)必將能夠到達(dá)一個更高的層次，為設(shè)備的安全高效運(yùn)行提供更為有力的保障。