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2023
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齒輪故障的振動診斷及案例分析
齒輪傳動的常見故障有齒斷裂，齒磨損， 齒面疲勞，點蝕( 剝落) 和齒輪安裝不當(dāng)。
由結(jié)構(gòu)和工作時受力條件決定， 齒輪傳動的振動信號較為復(fù)雜， 故障診斷需同時進(jìn)行時域與頻域分析。
齒輪工作過程中的故障信號頻率基本表現(xiàn)為兩部分，一為嚙合頻率及其諧波 (高頻部分) 構(gòu)成的載波信號;二為低頻成分的幅值和相位變化所構(gòu)成的調(diào)制信號。
一、嚙合頻率及其諧波
當(dāng)輪齒進(jìn)入或脫離嚙合時， 載荷和剛度均突然增大或減小，形成嚙合沖擊。齒輪嚙合頻率為Fm=f1·z1=f2·z2當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時，將引起嚙合頻率及其各次諧波幅值的變化。
二、 幅值調(diào)制和頻率調(diào)制所構(gòu)成的邊頻帶
1. 幅值調(diào)制
幅值調(diào)制相當(dāng)于兩個信號在時域上相乘，假定載波信號為 g(t ) 調(diào)制信號為e(t) 則調(diào)制后的時域總信號為X(t)=g(t)·e(t)將上式轉(zhuǎn)換到頻域上, 則為 X(f)=g(f)·e(f)通常幅度調(diào)制的調(diào)制頻率為旋轉(zhuǎn)頻率。
2. 頻率調(diào)制
齒輪的轉(zhuǎn)速波動， 若載波信號為Asin(2∏fmt+Φ0)，調(diào)制信號為βsin2∏fmt;頻率調(diào)制可表示為X(t)=Asin[2∏fmt+βsin(2∏frt)+ Φ0] 頻率調(diào)制不僅產(chǎn)生圍繞嚙合頻率 fm 的一族邊頻帶。
而且在相位信號中產(chǎn)生一個正弦波， 通常頻率調(diào)制的頻率為分度不均勻齒輪的轉(zhuǎn)頻， 實際上，齒輪故障中調(diào)幅與調(diào)頻現(xiàn)象可能同時存在，因而在頻譜上得到調(diào)幅與調(diào)頻綜合影響下形成的邊頻帶。
3. 由齒輪轉(zhuǎn)頻的低次諧波構(gòu)成的附加脈沖
齒輪的低頻故障不平衡, 不對中等也會對齒輪振動時域波形產(chǎn)生影響，但不會在齒輪頻率兩側(cè)產(chǎn)生邊頻帶.
4. 由齒輪加工誤差形成的隱含成分
該成分的振動通常由加工機床分度齒輪誤差造成，它對齒輪的整體運行影響很小。
三、以下是一個齒輪故障的案例分析
某采油平臺原油外輸泵 (螺桿泵) 傳動齒輪局部斷齒
(1)設(shè)備形式及參數(shù)電機驅(qū)動直聯(lián)雙螺桿泵， 螺桿之間以同步齒輪傳動， 齒輪齒數(shù) Z=67，電機轉(zhuǎn)速 ,n=995r/min(16.57HZ)
(2)故障現(xiàn)象
泵的非驅(qū)動端 (同步齒輪安裝在此側(cè)) 振動速度值增加， 圖1圖2是時域波形及頻譜圖。
(3)振動特征及分析
在時域波形圖中出現(xiàn)明顯的沖擊峰值， 表明齒輪可能存在局部缺陷， 頻譜圖 中有齒輪嚙合頻率及二倍諧頻， 邊頻豐富， 從圖3可以看到，邊頻為轉(zhuǎn)子工頻， 這說明嚙合頻率的振動幅值被轉(zhuǎn)子工頻沖擊振動調(diào)制。
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