齿轮故障#

BPdMBPdM北京普迪美科技有限公司状态监测与预测维修齿轮故障的诊断BPdM齿轮振动的特点评定齿轮状态的关键频率之一是齿轮的啮合频率(齿轮的齿数X转速)。然而，应该指出，齿轮的啮合频率(GMF)不像轴承故障频率那样的重要。所有啮合的齿都产生一定幅值的啮合频率和其他频率。此外，所有啮合频率都有一定幅值的配对齿轮的或每个齿轮的转速的边带。然而，如果齿轮状态良好，并且彼此恰当地对准(没有明显的不对中或齿轮偏心)，则齿轮啮合频率(GMF)及其谐波频率和边带频率的幅值应该很小，尤其是那些边带。BPdM用振动分析可以检测齿轮的故障1．齿轮的齿的磨损2．齿轮的齿承受过大的负载3．齿轮偏心或齿隙游移4．裂的、破裂的或断齿5．齿轮组合状态问题6.齿轮的齿摆动故障BPdM对于齿轮振动分析的若干说明1．应该在每个可达的轴承座上进行振动测量。图11.1表示在位置3处双列轴承及位置4到位置7的四个锥形滚柱轴承上进行振动测量。重要之点是，振动传感器应该尽可能固定在靠近支承本身的地方。往往会遇到，在距轴承有一定距离的地方测量振动。然而，这种情况下，应确保框架或内部腹板直接连到轴承座上，在这些地方布置传感器并尽可能接近振源进行振动测量。2．应该在三个方向．(水平，垂直和轴向方向)进行振动测量，尤其是当某些齿轮主要在一个方向产生力，或者根据负载，一次监测与下一次监测可能不一样的其他情况下。图11．1伞齿轮，两级减速齿轮箱分析的典型设置BPdM对于齿轮振动分析的若干说明3．通常，遇到螺旋，斜齿和伞齿轮时，在轴向方向产生明显的振动。这些类型齿轮最佳的状态监测往往在轴向方向。4．通常，对直齿圆柱齿轮，在径向方向评定最好，但有时可能会存在明显的轴向振动，尤其是如果齿的对准有问题时。5、为了评定齿轮的状态，往往必须测量到较高频率的振动。至少要评定3X啮合频率的频率范围Fmax=3.25XGMF，经常遇到在齿啮合频率基频(GMF)处没有什么振动，但是在2X齿啮合频率或3X齿啮合频率(2GMF或3GMF)处，出现比在GMF基频处振动10倍大得多的振动。因此，如果测量的频率范围选择得不够高，一些存在潜在故障的高频率振动信号必将被忽略。6、在大多数利用计算机软件的预测维修程序(PMP)中，因为在低速谐波频率与齿轮啮合频率本身之间频率变化很广，所以在每个齿轮位置必须设置两个频率范围的两种测量。这些情况下，用低的频率范围评定诸如不平衡、不对中、松动和电气故障等，用另一高频率范围评定齿轮的状态。BPdM齿轮振动频谱分量的识别BPdM齿轮正常时的频谱正常齿轮的频谱表示高速齿轮和低速齿轮的转速，齿轮的啮合频率(GMF)和非常小的齿轮啮合频率的谐波频率。齿轮的啮合频率(GMF)通常在它们的两侧有高、低速齿轮的转速频率边带。所有尖峰的幅值都很小，没有激起齿轮的自然频率。已知齿轮的齿数时，建议频率范围Fmax设定为3.25XGMF(最低)，如果不知道齿轮的齿数，把频率范围Fmax设定为每根轴的转速的200倍。BPdM齿轮磨损故障齿磨损的关键指示是激起齿轮的自然频率(Fn)和在此齿轮自然频率两侧伴有磨损的齿的转速频率边带。当齿磨损明显时，虽然边带的幅值高并且在齿轮啮合频率(GMF)两侧出现的边带数增多，但是齿轮啮合频率(GMF)的幅值可能变化也可能不变化。边带是比齿轮啮合频率(GMF)本身更好的齿磨损的指示。而且，虽然齿轮啮合频率的幅值是可以接受的，但是2×GMF或3×GMF(尤其是3×GMF)的幅值经常很高。BPdM齿轮润滑的基本作用是尽可能地保持啮合的齿表面分离，由于这个目的从未完全达到,工作中的齿轮齿总会磨损，可期望的最好状态是正常磨损。它通常会随齿轮类型和应用的不同而变化很大。正常磨损理解为一个足够低磨损率，导致可接受的寿命、不会发生灾难性的事故。齿轮磨损故障研磨磨损是齿表面以比正常磨损高的速率的连续磨损。油液中坚硬的固体颗粒污染通过刮划齿表面产生这种类型的磨损。细微颗粒的研磨可导致明显的表面磨光。熔着磨损，由于有很大过载荷存在，一般是在顶部和根部表面会产生局部焊接然后撕下剥片。熔着导致非常粗糙的齿表面，产生高速率的齿表面金属剥离。使润滑油液失效，唯一可用的补救方法是更换损坏的齿轮。BPdM齿轮承受大的负载齿轮啮合频率(GMF)往往对齿的负载非常敏感。齿轮啮合频率(GMF)的幅值高未必一定指示有故障，尤其是如果边带频率幅值保持较小，没有激起齿轮自然频率的时候。为了频谱比较有意义，每次测量分析都应该在系统处于最大负载下运转时进行。齿轮在大负载下的作用下振动频谱的特征BPdM齿轮偏心这些频谱显示如下特征：1．齿轮偏心激起齿轮自振频率和齿轮啮合频率。它们也可能在齿轮自振频率和齿轮啮合频率两侧产生许多边带。2．产生啮合频率振动边带是因为偏心齿轮的转频调制了齿轮自振频率和齿轮啮合频率，齿轮自振频率和齿轮啮合频率两侧都有偏心的齿轮1X转速频率的边带。如果偏心齿轮与啮合的齿轮一起被强制压向齿底下的话，偏心的齿轮可产生很大的应力和振动。3.啮合频率右侧边带的峰值要大于左侧边带峰值。齿轮偏心和齿隙游移的频谱BPdM齿轮不对中齿轮不对中产生独特的频谱，正象其它形式的不对中问题一样，如果啮合频率的前三次谐频都是很显著的，那么就存在齿轮不对中问题。这个显著的三次啮合频率的谐频可以是不同形式，通常情况下，啮合频率的基频的幅值较高，而第二和第三次谐频较低。齿轮不对中，说明沿齿轮节圆上齿轮啮合不均匀，图6-38给出两个不对中的齿轮的频谱图。齿轮不对中的产生可以有以下一些原因：•检修后齿轮没有很好的对中。•齿轮在轴上存在松动或轴承在轴承室内存在松动问题。BPdM齿轮不对中BPdM齿轮不对中齿轮不对中几乎总是激起第二阶或高阶齿轮啮合频率(GMF)谐波频率，并且它们都伴有转速边带。往往只显示小的齿轮啮合频率(GMF)的幅值，但是2x(GMF)或3×(GMF)的幅值较高。设定足以采集至少3×(GMF)谐波频率的Fmax最高频率范围很重要。而且，2×(GMF)两侧常伴有2×转速频率边带。请注意，由于齿不对中，齿轮啮合频率(GMF)及其谐波频率的左侧和右侧的边带频率的幅值不等，引起不均匀磨损。指示齿轮不对中的频谱BPdM齿轮的破碎或断齿存在裂纹、破碎或断齿的齿轮将产生该齿轮1X转频振动及该齿轮自振频率的振动，并且，在齿轮自振频率两侧有齿轮转速的边带大的振动。这个特性与有大的、明显的剥落的齿的齿轮的特性一样。当然，不平衡的齿轮也会引起1X转速频率的大振动。因此，如下图所示的时域波形对确定主要问题是不平衡还是齿轮的断齿问题大有帮助。状态良好的齿轮与有一个断齿齿轮的时域波形的比较BPdM齿轮组合状态问题齿轮组合状态数低速齿轮齿数为15高速齿轮齿数为9因此将产生三种不同的磨损图象：低速齿轮的齿号将接触高速齿轮的齿:1-10-4-13-71-7-42-11-5-14-82-8-53-12-6-15-93-9-6第一种组合为:低速齿轮1#齿与高速齿轮l#齿啮合。低速齿轮I#齿将只能与高速齿轮的l#，7#和4#齿啮合。低速齿轮l#齿不可能与高速齿轮的其他齿啮合。第二种组合：低速l#齿与高速2#齿啮合。则低速l#齿将只能与高速2#。8#和5#齿啮合．不可能与其他高速齿啮合。第三种组合：低速l#齿与高速3#齿啮合，则低速l#齿将只能与高速3#，9#和6#齿啮合，不可能与高速齿轮的其他齿啮合。BPdM齿轮组合状态问题这对齿轮开始组装低速1#齿和高速1#齿啮合：如果下次重新安装时，变为低速1#齿与高速2#齿啮合。那么将产生一种新的磨损图象。这样．标准的啮合频率fm振动很明显。此外还有1／3啮合频率分量。此分量与原来的磨损图象与新产生的磨损图象相互作用造成复杂的啮合作用结果。形成许多和频及差频幅值和频率调制。齿轮组合状态通过频率fa：fa=fm/Na赫兹以上例子，低速齿轮齿数为15，高速齿轮齿数为9，则Na=3(这对齿轮齿数的最大公约数为3，即只有3种组合的可能)。所以，这对齿轮的组合状态通过频率为fa=fm／3。BPdM齿轮组合状态问题齿轮组合状态频率(GAPF)可产生齿轮啮合频率的分数倍频率(如果NA大于1)。这字面上意味着(Tp／NA)齿轮的齿将接触，产生NA磨损图象，这里，给定齿轮组合状态中的NA等于大齿轮齿数和小齿轮齿数的最大公约数(NA=组合状态因子)。如果齿轮有制造缺陷，则将出现齿轮组合状态频率(GAPF)(或其谐波频率)。如果污染颗粒通过齿轮啮合，导致吸入污染颗粒时啮合的齿进入和退出啮合中造成齿面损坏，当重新定位齿轮时使以前啮合的齿不再啮合，于是在定期监测的频谱中突然出现齿轮组合状态频率(GAPF)的振动。BPdM齿轮组合状态问题齿轮寿命的预期基于齿轮的组合状态数，可以判断齿轮寿命的预期大小，当一对啮合的齿轮除了1以外没有最大公约数时，那么在一个齿轮上的某一个齿与另一个齿轮上的某一个齿进入啮合后，当其再次进入啮合之前，这个齿必须要与另一个齿轮上的每个齿都要啮合一遍后才能再次相遇进入啮合，这对齿轮的寿命就会相对要长好几年，主要取决于齿轮的硬度，负荷，润滑状态，转速及其它可变化的因素，良好状态的一对齿轮可以工作20年以上。如果一对啮合的齿轮，有一个最大的公约数，那么这对齿轮上的某些轮齿就会加速磨损，这些磨损的齿，会引起这对齿轮的过早损坏。齿轮的实际寿命可以是其最大公约数的倒数百分比，如表6-1所示BPdM齿轮组合状态问题齿轮寿命的预期上表所给出的齿轮寿命，供参考，如果齿轮对齿数存在最大公约数，但两个齿轮都不存在偏心问题，那么这个齿轮对的寿命也会长一些，例如，有一个相互啮合的齿轮，存在一个最大公约数5，其中一个齿轮存在偏心问题，那么这对原本有2.5年寿命的齿轮，其实际寿命就会减少到6个月。BPdM齿轮啮合频率的幅值调制齿轮啮合频率的幅值调制及其谐频，能够揭示出齿轮啮合中的一些有用的信息，如齿轮不对中，负荷大小，偏心等，但啮合频率通常不能揭示断齿，裂纹，或碎齿，除非激发起自振频率，当存在齿轮啮合问题时，就会产生齿轮的啮合频率，并且啮合频率会被有问题的齿轮的转速所调制。一个齿轮有缺陷的齿，每次这个齿进入啮合时，都会产生一次撞击，这个撞击会激发出斜齿轮的轴向方向的自振频率，或直齿轮的径向方向上的自振频率，这些频率会被撞击的频率所调制，并且会有相对较大的阻尼，由于每次撞击的程度不同，结果频谱图上是有一定阻尼宽带的谱线，通常啮合频率被有坏齿的齿轮转速所调制。啮合良好的齿轮其啮合频率的幅值是较低的，并且谱线的带宽也较窄，啮合频率振动幅值的增加可能是由于负荷的变化，齿轮不对中，不合适的间隙和偏心等引起，同时也引起幅值调制问题，对啮合频率成分的调制就是在啮合频率处加或减去边频，如果每转产生一次问题事件，那么边频谱线的频率差就是有问题齿轮的转速，当每转时有两个或更多个问题事件发生时，这个频率差将是问题事件的次数乘以有问题齿轮的转速，如果两个齿轮都有问题，那么啮合频率可以被两个齿轮的转速所调制。BPdM齿轮啮合频率的幅值调制齿轮松动和偏心问题在啮合频率的高频侧的边频指示出的问题是齿轮有偏心，这是因为在啮哈频率与有偏心问题齿轮的转频之间有着固定的相位关系，所以频率相加。在啮合频率的低频侧的边频指示出的问题是齿轮存在松动问题，这是因为在啮哈频率与有松动问题齿轮的转频之间有着不断变化的相位关系，所以频率相减。在啮合频率两侧，同时存在边频时，说明齿轮同时存在松动和偏心问题，如果在啮合频率高频侧的边频幅值较高时，那么偏心是主要问题，如果在啮合频率低频侧的边频幅值较高时，那么松动是主要问题，在频谱图上如果存在宽带的噪声，则也说明是存在松动问题。在有松动问题的情况下，可能存在各种频率差的组合。BPdM松动和齿轮磨损齿轮的松动和磨损，会在频谱图上引起台高的基线宽带的白色噪声，这通常意味着齿轮是以不可预见的方式运动着，有时在此噪声谱图中会有等于松动齿轮的转频的频率差存在，如图6-35所示。齿轮转速是36Hz，频谱图是具有被台高基线噪声的频谱图，这通常说明是存在松动问题。BPdM松动和齿轮磨损在某些安装中，当轴承在轴承室内存在松动问题时，会产生四倍转速频率的振动