齒輪箱故障分析與診斷策略

2016-12-07木業設備減速機維護與保養

齒輪箱是一種工業用的組件，它能經由傳動齒輪系完成功率的傳遞任務，同時，齒輪箱作為一種傳送齒輪的機械配件，在化工方面的用途也很廣。本文由齒輪箱的應用，對齒輪箱的常見故障表現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，在工業上常常把它叫做“變速齒輪箱”。其次，齒輪箱能變換轉動力矩，也就是說，在功率一樣的前提下，轉速越大的齒輪，齒輪軸所受到的力矩反而越小，反過來則越大；再次，齒輪箱用于動力的分配，在工業上，工作人員可用一臺發動機，經由齒輪箱的主軸牽動若干個從軸，進而只要一臺發動機就會牽引好幾個負載；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相互嚙合的齒輪分隔開來，進而把負載和發動機分裂開；第五，變換傳動方向，不妨采用兩個扇形形態的齒輪把其中的力以垂直的方向有序地傳導至另一側的轉動軸。

　　二、齒輪箱的典型失效故障的表現

　　經由對齒輪箱實際應用的分析，不難測定其故障。整個齒輪箱系統包含了軸承、齒輪、傳動軸和箱體結構等部件，作為一類常用的機械動力系統，它在持續運動地同時，非常容易出現機械配件的故障，特別是軸承、齒輪和傳動軸這三個零件，其他發生故障的幾率明顯比它們低。

　　齒輪執行任務時，因種種復雜的因素影響而缺乏工作的能力，功能參數的數值超越了允許的最大臨界數值，這發生了典型的齒輪箱故障。其表現形式也五花八門，通觀全局，其主要分為兩大類：第一是齒輪在日積月累的轉動中逐漸產生的，因齒輪箱的外表面在承擔相對大負載的過程中，互相嚙合的齒輪的間隙中又會出現相對滾動力與滑動力，滑動時候的摩擦力與極點兩端的方向剛好相反，久而久之，長期的機械運行會使齒輪膠合、出現裂隙、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規范與要求，在安裝齒輪時出現疏忽，亦或是在起初制造中為故障的發生埋下了隱患，這一故障常常是因為內孔與齒輪的外部圓圈不在相同的圓心上，齒輪交互嚙合時的形狀存在誤差和軸線分布不對稱。

　　除此之外，在齒輪箱的每個配件中，軸也是會輕易出現閃失的一個零件，當有比較大的負載沖擊軸時，軸就會迅速地發生形變，直接誘發齒輪箱的這一故障。當對齒輪箱的故障診斷時，形變程度各異的軸對于齒輪箱故障的影響效果是不一致的，當然其間也會有不一樣的故障表現，所以說軸的扭曲變形也有重度和輕度之分。軸的失衡會帶來故障，其原因如下：在負載大的環境下工作，久而久之形變也在所難免；軸本身在生產、制造和加工等諸多工藝流程中暴露出一系列缺陷，致使新鑄就的軸會呈現嚴重失衡的情況。

　　三、齒輪箱故障診斷的策略

　　齒輪箱是齒輪與軸承共存的統一機械體，其因加工缺陷或者受到壓力而產生的種種故障都值得關注，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，是近代信號處理科學中的一項新技術。當機械信號的頻譜圖出現難以識別的多族調制邊頻時，倒頻譜可以分解和識別故障頻率，分析和診斷故障產生的原因。

　　針對于具備若干對的齒輪相互嚙合的齒輪箱振動頻譜圖，因每一對齒輪嚙合的時候會出現邊頻帶，當個別的邊頻帶交織集中分布時，只進行頻率細化的識別分析是遠遠不夠的，因倒頻譜會把功率譜當中的諧波轉變為倒頻譜圖里面的單根譜線，它的位置也就暗示著功率譜中相應的諧波頻率相隔時段。

　　倒頻譜的另一個顯著優勢是相對于傳感器的信號傳輸路徑或者測點方位反映不靈敏，對于頻率的調控和振幅的數值間的關聯不敏感，反過來有助于監測故障信號的大小，而未測量出某一個測點振幅的具體數值。

　　2.邊頻帶分析辦法

　　通常意義上，從兩個方面分析邊頻帶，一個是比照每一次測量過程中邊頻帶振幅的變動范圍；還有一個是借助于邊頻帶頻率的對稱特性，查看具體的頻率關系，明定是不是同一組的邊頻帶，若是，則能順著得出調制信號的頻率數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別斷齒等個別故障會出現明顯的瞬態調制，在嚙合的方位及其兩側也會有一系列的邊帶，它們的特征主要是階數比較稠密、譜線散亂。因高階變頻相互之間的層疊而導致邊頻的形狀各不相同。若出現明顯的局部故障還能促使諧波的成分及其轉動的頻率上升。

　　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，在進行頻譜分析時需有充足的頻率分辨率，進而促進邊頻帶相隔距離能得到精準地測量。