軸承和齒輪箱的故障診斷

軸承和齒輪箱的故障診斷摘要：本文針對軸承和齒輪箱的故障診斷展開分析，思考了軸承和齒輪箱的故障診斷的方法和基本的措施，希望可以為今后的軸承和齒輪箱的故障診斷工作帶來參考。關(guān)鍵詞：軸承；齒輪箱；故障；診斷刖言在軸承和齒輪箱的故障診斷的過程中，應(yīng)該清楚診斷的方法和原理，明確軸承和齒輪箱的故障診斷的具體的技術(shù)，才能夠提高軸承和齒輪箱的故障診斷的效果。1、 齒輪箱故障診斷特點(diǎn)與診斷方法1.1常見的齒輪箱故障形式通常齒輪箱運(yùn)行過程中，由于齒輪箱本身制造裝配誤差以及操作維護(hù)不善或者不合適的環(huán)境下使用等，均會使其極易產(chǎn)生各種形勢的故障。故障類型也會隨著齒輪材料、熱處理工藝程度、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等因素的不同而產(chǎn)生不同的變化。常見的齒輪箱故障形式有：齒面磨損、粘著撕傷、齒面疲勞剝落、輪齒龜裂和斷齒、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合與擦傷以及齒面接觸式疲勞、彎曲疲勞等故障。1.2齒輪箱的振動特征在齒輪箱高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，伴隨著內(nèi)部構(gòu)件故障的發(fā)生與發(fā)展，必定會產(chǎn)生異常的振動，振動信號可以很快的反映出齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)，判別出各構(gòu)件是否出現(xiàn)異常。大量實驗證明，對齒輪箱故障檢測進(jìn)行振動分析是最有效的方法。由于齒輪箱的零部件在工作過程中所受得激勵源不同會使其產(chǎn)生出多種復(fù)雜的振動類型，而且其中齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生的齒形和周期誤差、偏心以及質(zhì)量不平衡等故障，同時還會是齒輪箱工作過程中發(fā)生齒面磨損、疲勞斷齒等故障［2］，嚴(yán)重影響到機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)而影響的經(jīng)濟(jì)效益，甚至出現(xiàn)傷亡事故。由于故障對振動信號的影響是多方面的，因此如果僅僅依靠對齒輪箱振動信號出現(xiàn)嚙合頻率和倍頻成分的差異來識別齒輪箱各部件的故障是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其中包括幅值調(diào)制、頻率調(diào)制等頻率成分進(jìn)行診斷。1.3故障診斷過程對小波的內(nèi)在需求小波分析應(yīng)用于機(jī)械故障診斷，快速準(zhǔn)確的識別故障，是小波分析要完成在齒輪箱的故障診斷過程對小波的內(nèi)在需求中的主要任務(wù)。通過實驗研究說明，機(jī)械故障診斷和信號特征提取的所采用的方式是對特征信號進(jìn)行高效的時域-頻域分析，該分析方法是故障診斷的必要要求。通過對齒輪箱各部件故障診斷全過程進(jìn)行分析，建立故障診斷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。目前對振動信號分析以分析時域-頻域特征為主，但是故障特征信號的特殊性需要對其進(jìn)行高效的時頻分析，而且診斷理論也要求對特征信號進(jìn)行深度分析，時域-頻域分析是主要的分析手段，提取微弱信號對診斷過程有著至關(guān)重要的意義。2、 行星齒輪箱故障診斷技術(shù)中常用方法行星齒輪箱一般為多軸系系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在工作過程中由于存在多對齒輪和滾動軸承同時工作，頻率成分多，各種干擾較大，所以狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷過程中，應(yīng)盡量采取多種方法進(jìn)行綜合診斷。2.1扭振分析是行星齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的常用方法之一。在行星齒輪箱故障診斷中常常采用箱體振動信號進(jìn)行分析處理，但是由于箱體振動信號中包含了各種齒輪的嚙合信號以及整個機(jī)器系統(tǒng)中其他振動的響應(yīng)，并且在振動傳遞到測點(diǎn)的過程中有較大衰減和畸形，因此將待診斷的齒輪嚙合振動信號從很強(qiáng)的噪聲中分離出來較困難。而利用從齒輪傳動系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)信號波動中得到的扭振形式振動信號進(jìn)行分析，則可避免以上利用箱體振動信號分析帶來的困難。而且扭振信號不像橫向信號那樣容易受到其他振源產(chǎn)生的振動干擾，對于故障更加敏感，信噪比高，適合應(yīng)用于早期的故障發(fā)現(xiàn)。2.2油液分析也是行星齒輪箱故障診斷的一種常用方法。利用油液分析進(jìn)行故障診斷是建立在齒輪箱中產(chǎn)生故障的摩擦副材料不同和磨粒大小、數(shù)量、形狀的不同的基礎(chǔ)上。齒輪箱在工作過程中，齒輪和滾動軸承各摩擦副都會產(chǎn)生摩擦，使摩擦副材料的磨粒發(fā)生脫落而進(jìn)入潤滑油中。由于磨損的程度不同，進(jìn)入潤滑油的磨粒的數(shù)量、大小和形狀也是不同的，通過對油液中的化學(xué)元素進(jìn)行成分分析或?qū)τ鸵褐心チ５臄?shù)量、大小和形狀進(jìn)行分析，可以監(jiān)測和診斷齒輪箱的故障。常用的油液分析方法有鐵譜分析法和光譜分析法。2.3在相同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的情況下，對軸承座的溫度進(jìn)行監(jiān)測是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的一種有效方法。溫度的變化反映了安裝在這個軸上的齒輪和滾動軸承的劣化和故障程度。但是此方法的缺點(diǎn)是測點(diǎn)一定要在軸承座上或非常接近軸承座的位置，否則故障的初期溫度變化不靈敏。這就要求在軸承座上預(yù)先安裝溫度傳感器，這一點(diǎn)在很多場合無法實現(xiàn)。3、軸承的故障診斷方法滾動軸承故障的檢測診斷技術(shù)有很多種，如振動信號檢測、潤滑油液分析檢測、溫度檢測、聲發(fā)射檢測等。在各種診斷方法中，基于振動信號的診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。簡易診斷利用振動信號波形的各種參數(shù)，如幅值、波形因數(shù)、波峰因數(shù)、概率密度、峭度系數(shù)等，以及各種解調(diào)技術(shù)對軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障;精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。3.1滾動軸承故障的簡易診斷法在利用振動對滾動軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中，通常是要測得的振值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實測的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。用于滾動軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：（1） 絕對判定標(biāo)準(zhǔn):是用于判斷實測振值是否超限的絕對量值；（2） 相對判定標(biāo)準(zhǔn):是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn)；（3） 類比判定標(biāo)準(zhǔn):是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有軸承的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。3.2滾動軸承故障的精密診斷法滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù)，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種。低頻信號分析法低頻信號是指頻率低于8kHz的振動。一般測量滾動軸承振動時都采用加速度傳感器，但對低頻信號都分析振動速度。因此，加速度信號要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號，最后對其進(jìn)行頻率成分分析，以找到信號的特征頻率，進(jìn)行診斷。中、高頻信號解調(diào)分析法中頻信號的頻率范圍為8kHz-20kHz，高頻信號的頻率范圍為20kHz-80kHz。由于對中、高頻信號可直接分析加速度，傳感器信號經(jīng)過電荷放大器后，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進(jìn)行解調(diào)，最后