齒輪故障診斷ppt課件

1、2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷12022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷2本章內(nèi)容本章內(nèi)容一、齒輪傳動(dòng)一、齒輪傳動(dòng)1.齒輪傳動(dòng)類(lèi)型齒輪傳動(dòng)類(lèi)型2.齒輪系齒輪系3.齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)二、齒輪主要失效形式二、齒輪主要失效形式1.輪齒折斷輪齒折斷2.輪齒表面的失效輪齒表面的失效三、齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則四、齒輪材料及其選擇原則四、齒輪材料及其選擇原則五、齒輪傳動(dòng)中其他影響因素五、齒輪傳動(dòng)中其他影響因素六、齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)信息六、齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)信息1.嚙合頻率及其諧頻嚙合頻率及其諧頻2.隱含成分隱含成分3.邊頻帶邊頻帶4.附加脈沖附加脈沖5.齒輪、軸等零件的諧振頻率齒輪、軸等零件的

2、諧振頻率6.交叉調(diào)制成分交叉調(diào)制成分七、齒輪故障診斷技術(shù)七、齒輪故障診斷技術(shù)1.時(shí)域波形法時(shí)域波形法2.時(shí)域參數(shù)分析法時(shí)域參數(shù)分析法3.頻譜分析法頻譜分析法4.細(xì)化分析細(xì)化分析5.倒頻譜分析法倒頻譜分析法6.瞬間頻率波動(dòng)分析瞬間頻率波動(dòng)分析八、實(shí)例分析八、實(shí)例分析2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷3一、齒輪傳動(dòng)一、齒輪傳動(dòng)n齒輪傳動(dòng)是常用的一種傳動(dòng)方式齒輪傳動(dòng)是常用的一種傳動(dòng)方式n在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中其故障約占在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中其故障約占10%n有各種分析方法來(lái)診斷齒輪故障有各種分析方法來(lái)診斷齒輪故障n有各種診斷儀器來(lái)幫助診斷故障有各種診斷儀器來(lái)幫助診斷故障n新技術(shù)還在發(fā)展中新技術(shù)還在發(fā)展中2022-

3、2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷4新技術(shù)還在發(fā)展新技術(shù)還在發(fā)展中中 10-3 10-4 10-5 10-6Critical Dimentions (m)Miniature MachiningMeso Machining & LIGASi Surface Micromachining2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷5標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)齒輪嚙合圖標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)齒輪嚙合圖2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷61. 齒輪傳動(dòng)類(lèi)型齒輪傳動(dòng)類(lèi)型齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) 平面齒輪傳動(dòng)平面齒輪傳動(dòng) 空間齒輪傳動(dòng)空間齒輪傳動(dòng)直齒輪直齒輪 斜齒輪斜齒輪 圓錐齒輪圓錐齒輪 交錯(cuò)軸斜齒交錯(cuò)軸斜齒輪輪 蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿外

4、嚙合外嚙合 內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合 齒輪齒條齒輪齒條 平行軸斜齒輪平行軸斜齒輪 人字齒輪人字齒輪2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷7外嚙合直齒輪外嚙合直齒輪內(nèi)嚙合直齒輪內(nèi)嚙合直齒輪(1)兩軸線(xiàn)平行的圓柱齒輪機(jī)構(gòu)兩軸線(xiàn)平行的圓柱齒輪機(jī)構(gòu)2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷8斜齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪人人字字齒齒圓圓柱柱齒齒輪輪齒輪齒條傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷9蝸輪蝸桿傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)兩軸相交錯(cuò)的斜齒兩軸相交錯(cuò)的斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)圓柱齒輪機(jī)構(gòu)(2)相交軸齒輪傳動(dòng)相交軸齒輪傳動(dòng)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)(3)交錯(cuò)軸的齒輪機(jī)構(gòu)交錯(cuò)軸的齒輪機(jī)構(gòu)2022-2-1齒輪故障診

5、斷齒輪故障診斷10由一系列齒輪組成的傳由一系列齒輪組成的傳動(dòng)稱(chēng)為齒輪系。動(dòng)稱(chēng)為齒輪系。2. 齒輪系齒輪系2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷111223445定軸輪系：當(dāng)齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若其中各齒輪的軸線(xiàn)相對(duì)于定軸輪系：當(dāng)齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若其中各齒輪的軸線(xiàn)相對(duì)于 機(jī)架的位置都是固定不動(dòng)的。機(jī)架的位置都是固定不動(dòng)的。齒輪系分類(lèi)齒輪系分類(lèi)(1) 定軸輪系定軸輪系2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷12 行星輪系：當(dāng)齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若其中至少有一個(gè)齒輪的 幾何軸線(xiàn)繞另一齒輪的固定幾何軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。12HH3123(2) 行星輪系行星輪系2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷13復(fù)合輪系復(fù)合輪系: 既

6、有行星輪系又有定軸輪系或有若干個(gè)行星輪系既有行星輪系又有定軸輪系或有若干個(gè)行星輪系 組合而成的復(fù)雜輪系。組合而成的復(fù)雜輪系。 1234H2(3) 復(fù)合輪系復(fù)合輪系2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷143. 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)n可以傳動(dòng)空間任意軸間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力可以傳動(dòng)空間任意軸間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力n傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、效率高傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、效率高n工作安全、可靠，使用壽命長(zhǎng)工作安全、可靠，使用壽命長(zhǎng)n齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于各行各業(yè)動(dòng)力傳遞、運(yùn)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于各行各業(yè)動(dòng)力傳遞、運(yùn)動(dòng)分解、運(yùn)動(dòng)合成動(dòng)分解、運(yùn)動(dòng)合成2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷15輪齒折斷輪齒折斷齒面損傷齒面損傷點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕膠合

7、膠合齒面磨損齒面磨損塑性變形塑性變形過(guò)載折斷過(guò)載折斷彎曲疲勞折斷彎曲疲勞折斷二、齒輪的主要失效形式二、齒輪的主要失效形式輪齒損傷比例輪齒損傷比例損傷類(lèi)型損傷類(lèi)型斷齒斷齒點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕 劃痕劃痕 磨損磨損其它其它比例比例(%)4131101082022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷161. 輪齒折斷輪齒折斷Fn景象景象: 一個(gè)齒或多個(gè)齒的整體或局部斷裂。折斷發(fā)生在齒根處。一個(gè)齒或多個(gè)齒的整體或局部斷裂。折斷發(fā)生在齒根處。緣由：齒根彎曲應(yīng)力大；齒根應(yīng)力集中。緣由：齒根彎曲應(yīng)力大；齒根應(yīng)力集中。措施：材料及熱處理措施：材料及熱處理增大模數(shù)增大模數(shù)增大齒根圓角半徑增大齒根圓角半徑消除刀痕、噴丸、滾壓處理消

8、除刀痕、噴丸、滾壓處理增大軸及支承剛度增大軸及支承剛度(1) 過(guò)載折斷過(guò)載折斷 由于短時(shí)、過(guò)大或受到?jīng)_擊載荷。由于短時(shí)、過(guò)大或受到?jīng)_擊載荷。無(wú)前兆，斷裂處呈粗晶粒組織，一般多無(wú)前兆，斷裂處呈粗晶粒組織，一般多發(fā)生在事故中。發(fā)生在事故中。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷171折斷機(jī)理：受到重復(fù)載荷后，齒根處折斷機(jī)理：受到重復(fù)載荷后，齒根處產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)載荷的循環(huán)產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)載荷的循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定時(shí)，致使輪齒折斷。次數(shù)達(dá)到一定時(shí)，致使輪齒折斷。判別：斷裂處分為光滑區(qū)核晶粒粗糟區(qū)。判別：斷裂處分為光滑區(qū)核晶粒粗糟區(qū)。2彎曲折斷實(shí)例彎曲折斷實(shí)例(3) 提高抗折斷措施提高抗

9、折斷措施 增大齒根處的過(guò)度圓角，增大齒根處的過(guò)度圓角，光潔度光潔度 應(yīng)應(yīng)力集中力集中 支承及軸的剛度，使輪齒接觸線(xiàn)上受載支承及軸的剛度，使輪齒接觸線(xiàn)上受載較為均勻較為均勻 增大輪芯的韌性，增大輪芯的韌性，抗彎能力抗彎能力 載齒根處施加適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化措施，使表面載齒根處施加適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化措施，使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，不易產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，不易產(chǎn)生裂紋(2) 彎曲疲勞折斷彎曲疲勞折斷2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷18(1) 磨損磨損磨料磨損：磨料磨損：研磨磨損：研磨磨損：外界的硬屑粒進(jìn)入嚙合面，多發(fā)生在開(kāi)外界的硬屑粒進(jìn)入嚙合面，多發(fā)生在開(kāi)式傳動(dòng)。式傳動(dòng)。嚙合面間的相互摩擦，由于齒輪嚙合時(shí)嚙合

10、面間的相互摩擦，由于齒輪嚙合時(shí)除節(jié)點(diǎn)外，其他部分均存在相對(duì)滑動(dòng)。除節(jié)點(diǎn)外，其他部分均存在相對(duì)滑動(dòng)。2) 磨損實(shí)例磨損實(shí)例1) 分類(lèi)分類(lèi)2. 輪齒表面的失效輪齒表面的失效2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷19主動(dòng)被動(dòng)4) 措施措施開(kāi)式改閉式傳動(dòng)開(kāi)式改閉式傳動(dòng)加潤(rùn)滑油并常更換加潤(rùn)滑油并常更換齒面硬度齒面硬度采用適當(dāng)?shù)慕M合材料采用適當(dāng)?shù)慕M合材料3) 緣由：相對(duì)滑動(dòng)緣由：相對(duì)滑動(dòng)齒面的磨損量與齒面齒面的磨損量與齒面的相對(duì)滑動(dòng)量成正比的相對(duì)滑動(dòng)量成正比，由于齒面上不同位，由于齒面上不同位置處的相對(duì)滑動(dòng)量不置處的相對(duì)滑動(dòng)量不同，所以磨損量也不同，所以磨損量也不同。同。(1) 磨損磨損齒面不均勻磨損，

11、使磨損后齒形齒面不均勻磨損，使磨損后齒形發(fā)生變化，不再滿(mǎn)足恒定傳動(dòng)比發(fā)生變化，不再滿(mǎn)足恒定傳動(dòng)比傳動(dòng)條件，造成傳動(dòng)比不穩(wěn)定，傳動(dòng)條件，造成傳動(dòng)比不穩(wěn)定，引起附加動(dòng)載荷。齒面磨損使齒引起附加動(dòng)載荷。齒面磨損使齒厚減薄，使齒根的抗彎曲疲勞強(qiáng)厚減薄，使齒根的抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低，并使齒輪最終表現(xiàn)為齒度降低，并使齒輪最終表現(xiàn)為齒根減薄后的彎曲疲勞折斷。根減薄后的彎曲疲勞折斷。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷20 齒面材料在變化著的接齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。1 1點(diǎn)蝕機(jī)理點(diǎn)蝕機(jī)理 由于交變的接觸應(yīng)力作由于交變的

12、接觸應(yīng)力作用產(chǎn)生疲勞裂紋，而當(dāng)潤(rùn)滑用產(chǎn)生疲勞裂紋，而當(dāng)潤(rùn)滑油進(jìn)入裂紋時(shí)，由于是壓力油進(jìn)入裂紋時(shí)，由于是壓力油，又會(huì)使裂紋擴(kuò)展，最后油，又會(huì)使裂紋擴(kuò)展，最后形成片狀脫落。形成片狀脫落。2 2景象：景象： 點(diǎn)蝕發(fā)生的部位一般發(fā)點(diǎn)蝕發(fā)生的部位一般發(fā)生在靠近節(jié)線(xiàn)的齒根面上。生在靠近節(jié)線(xiàn)的齒根面上。(2) 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷21(2) 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕節(jié)點(diǎn)附近，相對(duì)滑動(dòng)速度小，節(jié)點(diǎn)附近，相對(duì)滑動(dòng)速度小，不利于油膜形成，潤(rùn)滑不良，不利于油膜形成，潤(rùn)滑不良，摩擦力大；摩擦力大；特別是直齒輪，節(jié)點(diǎn)附近為單特別是直齒輪，節(jié)點(diǎn)附近為單齒嚙合區(qū)，輪齒受力最大；齒嚙合區(qū)，輪齒受力最大；兩輪齒齒根

13、部，相對(duì)速度過(guò)大，兩輪齒齒根部，相對(duì)速度過(guò)大，故向齒根擴(kuò)展。故向齒根擴(kuò)展。3) 緣由緣由4措施措施表面硬度，以表面硬度，以輪齒抗點(diǎn)蝕能力；輪齒抗點(diǎn)蝕能力；加潤(rùn)滑油，以加潤(rùn)滑油，以 Ff，并且，并且油的粘度，不易侵入裂油的粘度，不易侵入裂紋；紋；采用變位齒輪采用變位齒輪(增大綜合曲率半徑增大綜合曲率半徑)， H；表面光潔度，表面光潔度，應(yīng)力集中源。應(yīng)力集中源。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷22 相嚙合的齒面在高速、重載下，相嚙合的齒面在高速、重載下，使金屬?gòu)凝X面撕落而引起的一種嚴(yán)使金屬?gòu)凝X面撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著磨損現(xiàn)象。重粘著磨損現(xiàn)象。(3) 膠合膠合1緣由緣由 高速重載齒輪傳動(dòng)，

14、齒面間的高速重載齒輪傳動(dòng)，齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑差，兩壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑差，兩齒面會(huì)粘在一起，同時(shí)，兩齒面又齒面會(huì)粘在一起，同時(shí)，兩齒面又存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此粘住的地方被存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此粘住的地方被撕裂，形成傷痕。較軟的被較硬的撕裂，形成傷痕。較軟的被較硬的撕下；齒面越軟，越易發(fā)生膠合。撕下；齒面越軟，越易發(fā)生膠合。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷23(3) 膠合膠合2措施措施采用角變位齒輪，降低齒高；采用角變位齒輪，降低齒高；以以滑動(dòng)系數(shù)；滑動(dòng)系數(shù)；采用小模數(shù)，以采用小模數(shù)，以相對(duì)滑動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)速度；速度；采用抗膠合好的潤(rùn)滑油、齒采用抗膠合好的潤(rùn)滑油、齒輪副材料輪副材料

15、(相同的材料膠相同的材料膠合的可能性大合的可能性大)、專(zhuān)門(mén)的、專(zhuān)門(mén)的添加劑；添加劑；光潔度，以光潔度，以Ff ；材料的硬度及配對(duì)。材料的硬度及配對(duì)。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷24 齒輪傳動(dòng)時(shí)，由于齒輪傳動(dòng)時(shí)，由于齒輪材料較軟，則在過(guò)齒輪材料較軟，則在過(guò)大應(yīng)力作用下，齒面材大應(yīng)力作用下，齒面材料因屈服產(chǎn)生塑性流動(dòng)，料因屈服產(chǎn)生塑性流動(dòng)，而形成齒面的塑性變形。而形成齒面的塑性變形。(4) 塑性變形塑性變形從動(dòng)輪從動(dòng)輪主動(dòng)輪主動(dòng)輪2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷25被動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)方向主動(dòng)(4) 塑性變形塑性變形2) 措施措施齒面硬度，齒面硬度，減小接觸應(yīng)力，減小接觸應(yīng)力，塑變；塑

16、變；油的粘度，以利于油膜形成，改善潤(rùn)滑，油的粘度，以利于油膜形成，改善潤(rùn)滑，F(xiàn)f。1) 形成機(jī)理：重載，齒面軟。形成機(jī)理：重載，齒面軟。主動(dòng)輪：主動(dòng)輪：Ff背離節(jié)線(xiàn)，齒面產(chǎn)生凹溝；背離節(jié)線(xiàn)，齒面產(chǎn)生凹溝；從動(dòng)輪：從動(dòng)輪：Ff朝著節(jié)線(xiàn)，齒面產(chǎn)生凸棱。朝著節(jié)線(xiàn)，齒面產(chǎn)生凸棱。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷26被 動(dòng)相 對(duì) 滑 動(dòng) 方 向主 動(dòng)主 動(dòng)被 動(dòng)彎曲折斷彎曲折斷點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕膠合膠合磨損磨損塑性變形塑性變形齒輪主要失效形式總結(jié)齒輪主要失效形式總結(jié)?，F(xiàn)象與原因？現(xiàn)象與原因？改進(jìn)措施？改進(jìn)措施？2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷27 對(duì)一般工況下的齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：對(duì)一般工況下

17、的齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是： 保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。 保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。 對(duì)高速重載齒輪傳動(dòng)，除以上兩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗對(duì)高速重載齒輪傳動(dòng)，除以上兩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由實(shí)踐得知：由實(shí)踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。閉式硬齒面或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。閉式硬齒面或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。三

18、、齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷28四、齒輪材料及其選擇原則四、齒輪材料及其選擇原則1. 對(duì)齒輪材料性能的要求對(duì)齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。齒面硬、芯部韌。2. 常用齒輪材料常用齒輪材料 鋼鋼鍛鋼鍛鋼鑄鋼鑄鋼碳鋼碳鋼合金鋼合金鋼除尺寸過(guò)大，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜者，一般常用。鑄鐵鑄鐵非金屬材料非金屬材料較脆，抗沖擊及耐磨性較差，但抗膠合和抗點(diǎn)蝕能力好。常用于工作平穩(wěn)，速度較低，功率不大的場(chǎng)

19、合。適用于高速、輕載及精度不高的場(chǎng)合。用于尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜者。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷29五、齒輪傳動(dòng)其他影響因素五、齒輪傳動(dòng)其他影響因素F制造的質(zhì)量問(wèn)題制造的質(zhì)量問(wèn)題F裝配的質(zhì)量問(wèn)題裝配的質(zhì)量問(wèn)題F安裝的質(zhì)量問(wèn)題安裝的質(zhì)量問(wèn)題2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷30六、齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)信息六、齒輪傳動(dòng)中振動(dòng)信息n嚙合頻率及其各次諧波嚙合頻率及其各次諧波n隱含成分隱含成分n嚙合頻率及其它一些高頻成分兩側(cè)的，由于故嚙合頻率及其它一些高頻成分兩側(cè)的，由于故障調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶障調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶n旋轉(zhuǎn)軸工作頻率及其低次諧頻。這是由于某種旋轉(zhuǎn)軸工作頻率及其低次諧頻。這是由于某

20、種附加沖擊脈沖而引起的沖擊振動(dòng)附加沖擊脈沖而引起的沖擊振動(dòng)n齒輪、軸等零件的諧振頻率齒輪、軸等零件的諧振頻率n交叉調(diào)制成分交叉調(diào)制成分2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷311. 嚙合頻率及其諧頻嚙合頻率及其諧頻2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷32嚙合頻率嚙合頻率fm60mnfZN齒輪軸轉(zhuǎn)速齒輪軸轉(zhuǎn)速Z齒輪齒數(shù)齒輪齒數(shù) 兩齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率兩齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率稱(chēng)為嚙合頻率稱(chēng)為嚙合頻率2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷332. 隱含成分隱含成分減速機(jī)齒輪箱頻譜減速機(jī)齒輪箱頻譜(a) 新齒輪振動(dòng)頻譜新齒輪振動(dòng)頻譜(b) 運(yùn)行運(yùn)行1月后振動(dòng)頻譜月后振動(dòng)頻譜由齒輪

21、加工機(jī)床分度齒輪帶由齒輪加工機(jī)床分度齒輪帶來(lái)的周期性缺陷，對(duì)應(yīng)于齒來(lái)的周期性缺陷，對(duì)應(yīng)于齒輪滾齒機(jī)工作臺(tái)分度蝸輪的輪滾齒機(jī)工作臺(tái)分度蝸輪的嚙合頻率。嚙合頻率。特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)不受載荷變化的影響；不受載荷變化的影響；(2)當(dāng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，當(dāng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，由于齒輪均勻磨損，嚙合頻由于齒輪均勻磨損，嚙合頻率及各次諧波的振動(dòng)分量逐率及各次諧波的振動(dòng)分量逐漸增加，而隱含成分及其各漸增加，而隱含成分及其各次諧波卻逐漸下降。次諧波卻逐漸下降。(鬼線(xiàn)鬼線(xiàn),Ghost Component)嚙合頻率成分上嚙合頻率成分上升升5dB,隱含成分隱含成分下降下降5dB,反映齒反映齒廓磨損情況。廓磨損情況。2

22、022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷34調(diào)制現(xiàn)象調(diào)制現(xiàn)象幅值調(diào)制幅值調(diào)制頻率調(diào)制頻率調(diào)制( )( )( )( )( )*( )mcmcy tgtg tY fGfGf原理：原理：3. 邊頻帶邊頻帶2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷35例如：一個(gè)輪齒上的局部缺陷就相當(dāng)于齒輪每轉(zhuǎn)一周例如：一個(gè)輪齒上的局部缺陷就相當(dāng)于齒輪每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)脈沖激勵(lì)，齒輪的嚙合頻率被一個(gè)短的周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖激勵(lì)，齒輪的嚙合頻率被一個(gè)短的周期脈沖所調(diào)制，在頻譜中表現(xiàn)為在嚙合頻率兩側(cè)有大量脈沖所調(diào)制，在頻譜中表現(xiàn)為在嚙合頻率兩側(cè)有大量的邊頻帶，其幅值較低，且分布均勻而平坦。的邊頻帶，其幅值較低，且分布均勻而平坦。(1

23、) 局部缺陷局部缺陷幅值調(diào)制幅值調(diào)制2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷36是指比較均勻分布的缺陷，它相當(dāng)于時(shí)域包絡(luò)線(xiàn)較寬是指比較均勻分布的缺陷，它相當(dāng)于時(shí)域包絡(luò)線(xiàn)較寬的脈沖。因此，它在頻域中表現(xiàn)為在嚙合頻率兩邊產(chǎn)的脈沖。因此，它在頻域中表現(xiàn)為在嚙合頻率兩邊產(chǎn)生了一簇幅值較高、起伏較大、分布較窄的邊頻帶。生了一簇幅值較高、起伏較大、分布較窄的邊頻帶。(2) 均布缺陷均布缺陷幅值調(diào)制幅值調(diào)制2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷37邊帶現(xiàn)象邊帶現(xiàn)象 調(diào)頻效應(yīng)是由于齒距周期性變化、速度變調(diào)頻效應(yīng)是由于齒距周期性變化、速度變化及不對(duì)中引起的。事實(shí)上，一個(gè)齒輪上的載化及不對(duì)中引起的。事實(shí)上，一個(gè)

24、齒輪上的載荷發(fā)生波動(dòng)就會(huì)引起速度的波動(dòng)，所以，常常荷發(fā)生波動(dòng)就會(huì)引起速度的波動(dòng)，所以，常常在調(diào)幅的同時(shí)也必然會(huì)產(chǎn)生頻率調(diào)制效應(yīng)，調(diào)在調(diào)幅的同時(shí)也必然會(huì)產(chǎn)生頻率調(diào)制效應(yīng)，調(diào)頻的結(jié)果，同樣引出一簇邊頻帶，其間距的含頻的結(jié)果，同樣引出一簇邊頻帶，其間距的含義與調(diào)幅時(shí)相同。義與調(diào)幅時(shí)相同。頻率調(diào)制頻率調(diào)制2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷38嚙合頻率嚙合頻率fm兩側(cè)有一簇邊頻兩側(cè)有一簇邊頻帶，譜線(xiàn)間隔即故障特征頻帶，譜線(xiàn)間隔即故障特征頻率率fc，它等于齒距一個(gè)變化，它等于齒距一個(gè)變化周期的倒數(shù)，即周期的倒數(shù)，即 fc=1/tc調(diào)頻效應(yīng)調(diào)頻效應(yīng)齒輪調(diào)頻信號(hào)齒輪調(diào)頻信號(hào)(a)齒距周期性變化產(chǎn)生調(diào)頻信

25、號(hào)齒距周期性變化產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)(b)頻譜圖頻譜圖頻率調(diào)制頻率調(diào)制2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷39齒輪振動(dòng)信號(hào)的共振調(diào)制齒輪振動(dòng)信號(hào)的共振調(diào)制有故障就有調(diào)制出現(xiàn)。有故障就有調(diào)制出現(xiàn)。實(shí)例：某增速機(jī)實(shí)測(cè)實(shí)例：某增速機(jī)實(shí)測(cè)嚙合頻率嚙合頻率fm=1200Hz (齒輪固有齒輪固有頻率同頻率同)，故障為軸頻，故障為軸頻f0。拆檢：齒輪普遍輪齒節(jié)線(xiàn)附近拆檢：齒輪普遍輪齒節(jié)線(xiàn)附近有嚴(yán)重剝落。有嚴(yán)重剝落。注：注：1200Hz之所以有這么高幅之所以有這么高幅值是由于該頻率與低速軸齒輪值是由于該頻率與低速軸齒輪固有頻率相同，是嚙合頻率激固有頻率相同，是嚙合頻率激發(fā)了該齒輪共振。發(fā)了該齒輪共振。2022-2

26、-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷40激勵(lì)能量對(duì)不同調(diào)制振動(dòng)的影響激勵(lì)能量對(duì)不同調(diào)制振動(dòng)的影響(1) 由軸彎曲和齒輪本身存在的缺陷和故障均可產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象；由軸彎曲和齒輪本身存在的缺陷和故障均可產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象；(2) 調(diào)制的載波頻率有三種：調(diào)制的載波頻率有三種： a) 嚙合頻率及其高次諧波嚙合頻率及其高次諧波b) 齒輪諧振頻率齒輪諧振頻率c) 箱體諧振頻率箱體諧振頻率(3) 不同激勵(lì)能量有不同的調(diào)制振動(dòng)：不同激勵(lì)能量有不同的調(diào)制振動(dòng)：a) 故障較輕，如輕微的軸彎曲或面積小、數(shù)量少的齒面點(diǎn)蝕故障較輕，如輕微的軸彎曲或面積小、數(shù)量少的齒面點(diǎn)蝕嚙合頻率為載頻，軸頻為調(diào)制頻率；嚙合頻率為載頻，軸頻為調(diào)制頻率；b

27、) 故障較嚴(yán)重、激振能量較大時(shí)故障較嚴(yán)重、激振能量較大時(shí)齒輪本身的諧振頻率為載波齒輪本身的諧振頻率為載波頻率；頻率；c) 故障非常嚴(yán)重、激勵(lì)能量非常大時(shí)故障非常嚴(yán)重、激勵(lì)能量非常大時(shí)箱體固有頻率為載波頻箱體固有頻率為載波頻率。率。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷414. 附加脈沖附加脈沖 實(shí)測(cè)信號(hào)不對(duì)稱(chēng)于實(shí)測(cè)信號(hào)不對(duì)稱(chēng)于零線(xiàn)時(shí)，可分為對(duì)稱(chēng)于零線(xiàn)時(shí)，可分為對(duì)稱(chēng)于零線(xiàn)的調(diào)制部分和附加零線(xiàn)的調(diào)制部分和附加脈沖部分。頻譜上附加脈沖部分。頻譜上附加脈沖部分為回轉(zhuǎn)頻率及脈沖部分為回轉(zhuǎn)頻率及其諧波，頻率較低。其諧波，頻率較低。 平衡不好、對(duì)中不平衡不好、對(duì)中不良、機(jī)械松動(dòng)可能造成良、機(jī)械松動(dòng)可能造成

28、附加脈沖，與齒輪缺陷附加脈沖，與齒輪缺陷無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷425. 齒輪、軸等零件的諧振頻率齒輪、軸等零件的諧振頻率 在很多情況下，齒輪或齒輪箱在承載運(yùn)在很多情況下，齒輪或齒輪箱在承載運(yùn)行中，由于其它激振力而引起了齒輪、軸或行中，由于其它激振力而引起了齒輪、軸或軸承內(nèi)、外圈滾動(dòng)體等零件的諧振。在頻譜軸承內(nèi)、外圈滾動(dòng)體等零件的諧振。在頻譜圖上出現(xiàn)某些高峰值，也不對(duì)應(yīng)某些特征頻圖上出現(xiàn)某些高峰值，也不對(duì)應(yīng)某些特征頻率，則這些頻率可能是某零件的諧振頻率，率，則這些頻率可能是某零件的諧振頻率，因此需在做譜分析前，通過(guò)計(jì)算獲得其諧振因此需在做譜分析前，通過(guò)計(jì)算獲得其諧振

29、頻率數(shù)值，結(jié)合頻譜才能做出準(zhǔn)確判斷。頻率數(shù)值，結(jié)合頻譜才能做出準(zhǔn)確判斷。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷43 在齒輪箱振動(dòng)的頻譜中還會(huì)出現(xiàn)一些其在齒輪箱振動(dòng)的頻譜中還會(huì)出現(xiàn)一些其它的成分，這些頻率成分大都是由上述的基它的成分，這些頻率成分大都是由上述的基本成分互相調(diào)制而成的，它表現(xiàn)為一些頻率本成分互相調(diào)制而成的，它表現(xiàn)為一些頻率的和頻及差額。它們并不獨(dú)立，只有那些基的和頻及差額。它們并不獨(dú)立，只有那些基本成分改變時(shí)才會(huì)有所改變，一般不用考慮本成分改變時(shí)才會(huì)有所改變，一般不用考慮和分析它。但了解這些成分的存在及其含義，和分析它。但了解這些成分的存在及其含義，有利于我們?nèi)ビ^(guān)察和分析齒輪的信

30、號(hào)，取其有利于我們?nèi)ビ^(guān)察和分析齒輪的信號(hào)，取其特征，舍去一般。特征，舍去一般。6.交叉調(diào)制成分交叉調(diào)制成分2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷44七、齒輪故障診斷技術(shù)七、齒輪故障診斷技術(shù)1. 時(shí)域波形法時(shí)域波形法2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷452. 時(shí)域參數(shù)分析法時(shí)域參數(shù)分析法maxmax( )Xx t2( )rmsXx p x dxmaxfIXxmaxfrmsCLXX331NrmsixxX441NrmsiKxxX峰值峰值均方根值均方根值脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo)裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)歪度指標(biāo)歪度指標(biāo)峭度指標(biāo)峭度指標(biāo)無(wú)量綱無(wú)量綱目的目的峭度為峭度為4 4次矩，數(shù)次矩，數(shù)據(jù)較突出，是評(píng)據(jù)較突出，

31、是評(píng)價(jià)信號(hào)沖擊大小價(jià)信號(hào)沖擊大小或波形尖峭程度或波形尖峭程度重要指標(biāo)。重要指標(biāo)。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷463. 頻譜分析法頻譜分析法 由于時(shí)域信號(hào)受各種因素影由于時(shí)域信號(hào)受各種因素影響較大，波形復(fù)雜，難以清晰地響較大，波形復(fù)雜，難以清晰地判別。因此，對(duì)齒輪故障的判斷判別。因此，對(duì)齒輪故障的判斷較多地采用頻譜分析法。較多地采用頻譜分析法。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷474. 平均響應(yīng)法平均響應(yīng)法齒輪在各種狀態(tài)下時(shí)域平均信號(hào)齒輪在各種狀態(tài)下時(shí)域平均信號(hào)a) 正常齒輪時(shí)域平均信號(hào)正常齒輪時(shí)域平均信號(hào)b) 齒輪安裝錯(cuò)位齒輪安裝錯(cuò)位c) 齒面嚴(yán)重磨損齒面嚴(yán)重磨損d) 齒斷裂

32、齒斷裂(有突跳有突跳)時(shí)域平均實(shí)例時(shí)域平均實(shí)例嚙合不良嚙合不良2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷485. 細(xì)化分析細(xì)化分析2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷49基帶分析與細(xì)化分析比較基帶分析與細(xì)化分析比較2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷506. 倒頻譜分析法倒頻譜分析法2( )lg( )pxCqFSf( )lg( )( )axpC qFSfCq功率倒頻譜功率倒頻譜幅值倒頻譜幅值倒頻譜頻頻 譜譜 Spectrum倒頻譜倒頻譜 Cepstrum對(duì)數(shù)功率的功率譜對(duì)數(shù)功率的功率譜倒頻率倒頻率Quefrencycf:頻率頻率Frequency2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷5

33、1減減速速機(jī)機(jī)的的頻頻譜譜與與倒倒頻頻譜譜(a)修理前修理前40ms(25Hz)和和120ms (8.3Hz)明顯明顯40ms成分成分對(duì)應(yīng)于軸速對(duì)應(yīng)于軸速,是由于小是由于小齒輪齒廓受到磨損或齒輪齒廓受到磨損或齒輪軸不對(duì)中引起。齒輪軸不對(duì)中引起。(b)修理后修理后修理后消除了缺陷修理后消除了缺陷,40ms和和120ms成分明顯下降。成分明顯下降。(c)修理修理4年后年后倒頻譜無(wú)明顯變化倒頻譜無(wú)明顯變化,表表明減速機(jī)運(yùn)行正常。明減速機(jī)運(yùn)行正常。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷527. 瞬時(shí)頻率波動(dòng)分析瞬時(shí)頻率波動(dòng)分析 TFF分析以分析以Hilbert變換為基礎(chǔ)，可提取調(diào)制頻率變化變換為基礎(chǔ)

34、，可提取調(diào)制頻率變化曲線(xiàn)。信號(hào)中存在頻率調(diào)制，則瞬時(shí)波動(dòng)頻率曲線(xiàn)。信號(hào)中存在頻率調(diào)制，則瞬時(shí)波動(dòng)頻率TFF(t)時(shí)高時(shí)時(shí)高時(shí)低，圍繞其載波頻率上下波動(dòng)。低，圍繞其載波頻率上下波動(dòng)。 TFF(t)只與頻率變化有關(guān)只與頻率變化有關(guān)，與信號(hào)幅值無(wú)關(guān)。，與信號(hào)幅值無(wú)關(guān)。頻率解調(diào)法：頻率解調(diào)法：TFF2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷53八、實(shí)例分析八、實(shí)例分析例例1 某廠(chǎng)某廠(chǎng)C6132車(chē)床噪聲大，即使在較低轉(zhuǎn)車(chē)床噪聲大，即使在較低轉(zhuǎn)速擋速擋250rpm時(shí)仍有噪聲。時(shí)仍有噪聲。分析分析:從時(shí)域信號(hào)看有沖擊信號(hào)從時(shí)域信號(hào)看有沖擊信號(hào)從解調(diào)譜中看沖擊頻率為從解調(diào)譜中看沖擊頻率為3.47Hz及其諧波及其

35、諧波等于等于軸軸頻，可能有不平衡軸軸頻，可能有不平衡(可能性小可能性小)或軸彎曲或軸彎曲(可能性大可能性大)軸上齒輪嚙合頻率的高次諧波軸上齒輪嚙合頻率的高次諧波開(kāi)箱檢查：開(kāi)箱檢查：軸產(chǎn)生彎曲，齒輪輪齒磨損軸產(chǎn)生彎曲，齒輪輪齒磨損嚴(yán)重。嚴(yán)重。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷542022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷552022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷562022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷572022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷582022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷59例例2 某水泥廠(chǎng)球磨機(jī)齒輪箱診斷某水泥廠(chǎng)球磨機(jī)齒輪箱診斷球磨機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖球磨機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖Dn球磨

36、機(jī)齒輪箱振動(dòng)極大球磨機(jī)齒輪箱振動(dòng)極大n開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的嚙合頻率為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的嚙合頻率為52.5Hz n電機(jī)轉(zhuǎn)速為電機(jī)轉(zhuǎn)速為750rpm/min，12.5Hz2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷60減速箱體測(cè)試點(diǎn)頻譜圖減速箱體測(cè)試點(diǎn)頻譜圖2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷61減速箱輸出軸處測(cè)點(diǎn)頻譜圖減速箱輸出軸處測(cè)點(diǎn)頻譜圖2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷62球磨機(jī)聯(lián)軸結(jié)處軸承座球磨機(jī)聯(lián)軸結(jié)處軸承座測(cè)點(diǎn)頻譜圖測(cè)點(diǎn)頻譜圖2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷63開(kāi)式齒輪支撐軸承處測(cè)點(diǎn)頻譜圖開(kāi)式齒輪支撐軸承處測(cè)點(diǎn)頻譜圖2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷64謝謝 謝！謝！202

37、2-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷65八、實(shí)例介紹八、實(shí)例介紹例例1 某廠(chǎng)一臺(tái)某廠(chǎng)一臺(tái)C523立車(chē)發(fā)生了半年強(qiáng)烈異常振動(dòng)，立車(chē)發(fā)生了半年強(qiáng)烈異常振動(dòng)，伴有嚴(yán)重噪聲。根據(jù)實(shí)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為伴有嚴(yán)重噪聲。根據(jù)實(shí)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)各種轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率：時(shí)各種轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率：各軸轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率各軸轉(zhuǎn)頻及嚙合頻率(C523立車(chē)傳動(dòng)箱立車(chē)傳動(dòng)箱)軸序號(hào)軸序號(hào)傳動(dòng)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻轉(zhuǎn)頻(Hz)嚙合頻率嚙合頻率(Hz)213/475595.89.90327.733/39504.18.40294.135/35504.18.40151.218/44206.23.44123.736/24309.

38、35.1692.818/44126.52.1152.725/3298.91.7637.623/15414.80.2937.92022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷662022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷672022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷682022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷692022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷702022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷717.共振解調(diào)分析法共振解調(diào)分析法2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷72某變速箱一檔被動(dòng)齒輪斷齒后的共振解調(diào)頻譜圖，其嚙合頻率某變速箱一檔被動(dòng)齒輪斷齒后的共振解調(diào)頻譜圖，其嚙合頻率5HZ，也出現(xiàn)了諧波群，并在其低頻處，背景能量較高，這也，也出現(xiàn)了諧波群，并在其低頻處，背景能量較高，這也表示了斷齒后缺齒處沖擊能量較大。表示了斷齒后缺齒處沖擊能量較大。2022-2-1齒輪故障診斷齒輪故障診斷73補(bǔ)充一：補(bǔ)充一： 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)22()2011( )limlim2x xxxTxTp xexT 許多無(wú)量綱指標(biāo)與許多無(wú)量綱指標(biāo)與p(x)密切聯(lián)系著。由于對(duì)密切聯(lián)系著。由于對(duì)p(x)的定量化引出了歪度指標(biāo)的