齿轮及齿轮箱诊断

BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13齿轮及齿轮箱诊断BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13一、齿轮及齿轮箱的振动信号特点齿轮箱正常运转时，一般其振动信号是平稳信号，振动信号为各轴的转频和啮合频率。当发生故障时，其振动信号频率成份和幅值将发生变化，一般具有以下特征：Ó信号是稳态的对应仅仅是幅值的变化，振动能量的变化。主要是针对齿轮均匀磨损的情况。Ó信号是周期平稳信号出现有规律的冲击或调制现象。主要是针对齿轮的点蚀、疲劳剥落、齿形误差、安装误差、轴弯曲、不平衡、不对中、滚动轴承剥落等。Ó信号是非周期性信号信号中出现无规律的冲击或调制现象。主要是齿轮或轴承严重故障时。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13二、多种多样的信号处理方法2.1时域诊断峰值指标脉冲指标峭度KURT-3()vt-v4s1nΣt~CRESTvpeakvRMSvpeakvrBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-132.2、同周期相加平均•时域信号由于相位不同，不同时刻的信号是不能作平均的。•如果保证起始相位相同，采样频率和采样点数相同，转速稳定，是可以作平均的。•随着平均次数的增加，所在轴的转频及其倍频，啮合频率及其倍频被保留，其它轴的信号和噪声被消除，从而获得与被测齿轮有关的信号。•如果转速不稳，采用锁相技术进行平均。•从时域平均信号中可以辅助判断一些故障（双轴）。•时域平均信号不能用来诊断滚动轴承的故障。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-132.3、频谱分析•频谱分析是诊断齿轮箱的最常用的最有效方法。•推荐采用加汉宁窗的幅值谱或功率谱。•比较和趋势分析BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-132.4、倒频谱分析•倒频谱用来诊断调制信号。但同解调分析相比，准确性较差。2.5、细化谱分析•细化谱用来诊断调制信号。但幅值和相位信息误差较大。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-132.6、传递函数•传递函数分析的目的是研究系统的固有频率，通过力和响应，研究两者随频率变化的比例来估计系统的固有频率。•相干分析适用来检验传递函数测试结果的可靠性。相干函数分析100。797.65Hz468.75Hz860.35Hz传递函数分析BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13三、齿轮及齿轮箱的诊断技术3.1、调制p幅值调制p频率调制（相位调制）p调频调幅BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13tAtA调幅调频BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-133.2、减速箱的四种调制现象•齿轮啮合频率调制现象•齿轮箱固有频率调制现象•齿轮固有频率调制现象•滚动轴承外环固有频率调制现象BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-133.3、不同调制现象的分析方法•齿轮啮合频率的调制分析方法采用频谱和解调谱相结合的双谱分析法频谱分析：齿轮的啮合频率，确定故障的齿轮幅解调谱分析：调制频率，确定故障轴辅助方法：时域波形，啮合频率幅值的趋势分析，提高诊断准确度。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13•齿轮固有频率调制分析方法采用解调谱、细化谱、频谱相结合的三谱分析法频谱分析：齿轮的啮合频率，确定故障的齿轮幅解调谱、细化谱分析：调制频率，确定故障轴难点：齿轮的固有频率不知道（事先可以测出或计算出齿轮的固有频率）注意：一般固有频率被激起，频率成份少，只有极少的谱峰BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13•齿轮箱体固有频率调制分析方法采用时域波形分析、频谱分析、解调谱分析、趋势分析相结合的时频分析法时域波形：周期性的冲击信号，一个大的冲击信号有多个小的冲击信号构成。频域：以箱体、齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，故障齿轮或轴所在轴转频及其倍频为调制频率。趋势：振动能量较正常工况下有较大幅度提高。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13•轴承外环固有频率调制分析方法采用频谱、解调谱、细化谱三谱分析法频域：主要依靠轴承外环的固有频率和轴承部件的通过频率来分析。难点：振动能量低，往往被其它振动信号覆盖。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-133.4、齿轮箱频率特点•轴频及其高次谐波；•齿轮啮合频率及其高次谐波；•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率边频带；•以齿轮固有频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的边频带；•以齿轮箱固有频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的边频带；•以外环的各阶固有频率为载波频率，产生剥落元件的通过频率为调制频率；•隐含成份和交叉成份。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13四、齿轮箱故障的主要形式•1、齿形误差•2、齿形均匀磨损•3、轴不对中•4、断齿•5、箱体共振•6、轴轻度弯曲•7、轴严重弯曲•8、轴不平衡•9、轴向窜动•10、轴承疲劳剥落和点蚀BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.1、齿形误差的主要特征•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制；•一般的齿形误差产生的调制边频带窄，以一阶边频调制为主，且边频带的幅值较小；•严重的齿形误差，激起齿轮的固有频率，出现以齿轮固有频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制；•振动能量（有效值和峭度）有一定程度的增大。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13齿形误差引起的特征频谱A1f02f03f01GMF2GMFfBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.2、齿轮均匀磨损•齿轮的啮合频率及其谐波的幅值明显增大；•如果不均匀磨损，会产生以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率，但幅值小。1GMF2GMF3GMFfABMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.3、轴不对中•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率；•调制频率的2倍频幅值最大；•齿轮啮合频率及其谐波幅值增大；•振动能量（有效值和峭度）有一定程度的增大。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13注意用速度频谱或位移频谱BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.4、箱体共振薄板结构•齿轮箱的一阶固有频率为主导地位，其他频率成分很低；•振动能量有很大的增加。箱体共振调制•以箱体、齿轮固有频率和齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，故障齿轮或轴所在轴转频及其倍频为调制频率；•齿轮啮合频率及其谐波幅值明显增大；•振动能量有很大的增加BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131f01fg2f01GMF2GMF2fgBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.5、断齿•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，故障齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率，调制边频带宽而高；•以齿轮各阶固有频率及其谐波为载波频率，故障齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率，调制边频带宽而高；•振动能量有很大的增加。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131fg1GMF2GMF2fgBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.6、轴轻度弯曲•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，但调制边频带窄且稀；•如果弯曲轴上有多对齿轮啮合，则会出现多对齿轮啮合调制；•振动能量（有效值和峭度值）有一定程度的增加，特别是轴向振动能量有较大的增加。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131f1GMF2GMF轴轻度弯曲特征频谱BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.7、轴严重弯曲•以齿轮啮合频率及其谐波、齿轮固有频率、箱体固有频率为载波频率，齿轮所在轴转频为调制频率的啮合频率调制，但边频带较宽，解调谱上出现轴的转频和多阶高次谐波；•如果弯曲轴上有多对齿轮啮合，则会出现多对齿轮啮合调制；•振动能量（有效值和峭度值）有一定程度的增加，特别是轴向振动能量有较大的增加。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131f01fg2f01GMF2GMF2fg轴严重弯曲特征频谱BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.8、轴向窜动•有故障轴上齿数多的齿轮啮合频率的幅值大幅度增加；•振动能量有较大的增加。1GMFBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.9、轴有严重的不平衡•以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，但边频带较少而稀，解调谱上出现轴的转频；•有故障轴的转频成份有较大的增加；•振动能量（有效值和峭度值）有一定程度的增加，特别是轴向振动能量有较大的增加。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131GMF1fBMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-134.10、轴承疲劳剥落和点蚀•在齿轮箱轴系中，一般滚动轴承内环与轴多为紧密的过盈配合，即轴与内环牢固的连为一体，要激起固有频率需要较大能量，且内环固有频率与自由状态下测得或计算的频率完全不同。•外环与箱体轴承座也是过盈配合，但同内环比较，要松得多。且外环在工作中一直受到滚动体对其较大的压力，当轴承有故障并运行一段时间后，外环与轴承座之间基本完全松动，外环固有频率与自由状态下测得或计算的频率基本相同。•由于外环松动且质量轻，轴承元素故障时，振动能量通过滚动体传到外环上，激起外环固有频率。齿轮箱中轴承故障的载波频率一般为外环的各阶固有频率，调制频率为产生剥落元件的通过频率。BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-131fo2fo3foF(I,o,……)BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-13五、检测标准5.1、齿轮装置的振动峰值判定标准•齿轮的振动峰值为Pp,转速为n(r/min),吃数为z,g为重力加速度。注意量级：Pp=10(z/30)1.2x(n/1200)1.2危险量级：Pp=40(z/30)1.2x(n/1200)1.2BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-135.2、齿轮装置的振动均值判定标准•齿轮的振动均值为Pa,转速为n(r/min),吃数为z,g为重力加速度。注意量级：Pa=1.1(z/30)2.2x(n/1200)2.2危险量级：Pa=4.1(z/30)2.2x(n/1200)2.2BMAINSTRUMENT振动监测技术西马力检测仪器公司产品部2007-6-135.3、频段判定标准美国国家标准协会标准（ANST）•假定转速为600—60000r/min•采集信号尽可能靠近轴承座•设备上没有安装隔振装置（有隔振装置，报警值提高30%--50%）•齿轮箱的报警值要比被驱动的机器高出25%BMAINSTRU