齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断 张尊建
齿轮故障的振动诊断及案例分析
齿轮故障的振动诊断及案例分析齿轮故障的振动诊断及案例分析振动案例齿轮传动的常见故障有齿断裂，齿磨损，齿面疲劳，点蚀( 剥落) 和齿轮安装不当。
由结构和工作时受力条件决定，齿轮传动的振动信号较为复杂，故障诊断需同时进行时域与频域分析。
齿轮工作过程中的故障信号频率基本表现为两部分，一为啮合频率及其谐波（高频部分) 构成的载波信号；二为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。
1、啮合频率及其谐波当轮齿进入或脱离啮合时，载荷和刚度均突然增大或减小，形成啮合冲击。
齿轮啮合频率为F m=f1·z1=f2·z2当齿轮出现故障时，将引起啮合频率及其各次谐波幅值的变化。
2、幅值调制和频率调制所构成的边频带（1）幅值调制，幅值调制相当于两个信号在时域上相乘，假定载波信号为 g(t ) 调制信号为e(t) 则调制后的时域总信号为X(t)=g(t)·e(t)将上式转换到频域上, 则为X(f)=g(f)·e(f)通常幅度调制的调制频率为旋转频率。
（2）频率调制，齿轮的转速波动，若载波信号为Asin(2∏f m t+Φ0)，调制信号为βsin2∏f m t；频率调制可表示为X(t)=Asin[2∏f m t+βsin(2∏f r t)+ Φ0] 频率调制不仅产生围绕啮合频率f m的一族边频带，而且在相位信号中产生一个正弦波，通常频率调制的频率为分度不均匀齿轮的转频，实际上，齿轮故障中调幅与调频现象可能同时存在，因而在频谱上得到调幅与调频综合影响下形成的边频带。
3、由齿轮转频的低次谐波构成的附加脉冲齿轮的低频故障不平衡, 不对中等也会对齿轮振动时域波形产生影响，但不会在齿轮频率两侧产生边频带4、由齿轮加工误差形成的隐含成分该成分的振动通常由加工机床分度齿轮误差造成，它对齿轮的整体运行影响很小。
以下是一个齿轮故障的案例分析。
1、某采油平台原油外输泵 '螺杆泵) 传动齿轮局部断齿（1）设备形式及参数% 电机驱动直联双螺杆泵，螺杆之间以同步齿轮传动，齿轮齿数 Z=67，电机转速 ,n=995r/min（16.57HZ）（2）故障现象泵的非驱动端（同步齿轮安装在此侧) 振动速度值增加，图 1图2是时域波形及频谱图。
浅析齿轮故障振动诊断技术
浅析齿轮故障振动诊断技术7-3 齿轮故障振动诊断技术7.3.1 概述齿轮传动在机械设备中应用很广，齿轮损伤是导致设备故障的重要原因，据统计在齿轮箱中齿轮损坏的百分比最大，约占60%。
同时齿轮损伤造成的后果也十分严重，因此开展齿轮状态监测与故障诊断具有重大的实际意义。
一、齿轮常见故障传动齿轮常见的故障按产生的原因划分有下列几种。
（1）齿面磨料磨损润滑油不清洁、磨损产物与外部的硬颗粒侵入接触齿面都会在齿面滑动方向产生彼此独立的划痕，使齿廓改变，侧隙增大，甚至使齿厚过度减薄，导致断齿。
（2）齿面粘着磨损重载、高速传动齿轮的齿面工作区温度很高，如润滑不好，齿面间油膜破坏，一个齿面上的金属会熔焊在另一个齿面上，在齿面滑动方向可看到高低不平的沟槽，使齿轮不能正常工作。
（3）齿面疲劳磨损疲劳磨损是由于材料疲劳引起，当齿面的接触应力超过材料同意的疲劳极限时，在表面层将产生疲劳裂纹，裂纹逐步扩展，就要使齿面金属小块断裂脱落，形成点蚀。
严重时点蚀扩大连成一片，形成整块金属剥落，使齿轮不能正常工作，甚至使轮齿折断。
（4）轮齿断裂轮齿如同悬臂梁，根部应力最大，且有应力集中，在变载荷作用下应力值超过疲劳极限时，根部要产生疲劳裂纹，裂纹逐步扩大就要产生疲劳断裂。
轮齿工作时由于严重过载或者速度急剧变化受到冲击载荷作用，齿根危险截面的应力值超过极限就要产生过载断裂。
传动齿轮的常见故障按分布特征划分有下列两种。
（1）分布故障齿轮损伤分布在所有轮齿的齿面上，如磨料磨损等。
（2）局部故障齿轮损伤只在一个或者几个轮齿上，如剥落、断齿等。
二、齿轮监测诊断方法监测诊断齿轮工作状态的方法大体分两大类：第一类是采集运行中的动态信息（通常是振动或者噪声）根据它们的变化进行诊断；第二类是对润滑油进行分析，根据油中磨损产物的状况进行诊断。
在这里只介绍根据振动信号监测诊断齿轮状态的方法。
齿轮振动监测时，由于实际上的种种困难，通常都把传感器布置在齿轮箱的轴承盖上或者轴承座邻近刚性好的部位，因此传感器的输出不仅有被监测齿轮特定周期的振动信息，还有许多其它齿轮等零件的周期振动信息与随机振动信息，而且被监测齿轮的振动信息由于传递环节多，缺失还很大（特别是高频成分）。
齿轮箱振动的故障诊断与分析
其倍频 处 能量 集 中且 数 值 较 大． 据 齿 轮 箱 各 类 根
零件损 坏 比例 的统 计 ， 轮失 效 占 ６ ， 次依 次 齿 ０ 其
为轴 承 １ ％、 １ 、 体 ７ 、 固件 ３ 、 封 ９ 轴 Ｏ 箱 紧 油 １ 因此 ， ％． 确定 进 一 步 的研 究 方 向 为 齿 轮 振 动 信
频率／ Ｈｚ
图 １ 测点 １ 径 向 ） 速 度 频 谱 图 （ 加
Ｆ ｇ １ Ａｃ ｅｅ ａ ｉｎ ｓ ｅ ｔ ｕ ｏ ａ ｕ ｉ ｇ ｐ ｉ ｔ１ ｉ． ｃ ｌｒ ｔ ｐ ｃ ｒ ｍ ｆｍｅ ｓ ｒ ｏ ｎ ｏ ｎ （ ａ ｉｌ ｉｅ ｔ ｎ ｒ ｄ ａ ｒ ｃ ｉ ） ｄ ｏ
４ ＃机 架 齿轮 箱连 接 螺栓 断 裂事 故 ， 重 影 响到该 严 产 线 的正常 生产 ， 其后 ， 轮 箱螺 栓 断 裂事 故频 频 齿 发生 ， ＃机架 齿 轮箱 在 １ ４ ～５架 中振 动 最为 明显 ， 造 成长 时 间停 机 抢 修 ， 给企 业 生 产 带来 了一 定 的
动 的 激励 源． 立 齿 轮 箱 螺 栓 的 有 限 元模 型 ， 模 拟 工况 下 计 算 得 出螺 栓 的第 ３阶 固 有 频 率 与 齿 轮 箱 振 动 主 建 在 频 率相 近 ， 成 共 振 是 致 使 螺 栓 断裂 的 主要 原 因． 过 这 种 分 析 计算 方法 ， 栓 断 裂 事 故 得 到 了 有 效 的 控 制 ． 形 通 螺
第 １ ２期
安 妮 ， ： 轮 箱 振 动 的 故 障 诊 断 与分 析 等 齿
的激励源 ， 障齿 轮 的振 动信 号 表现 为 回转 频率 对 故 啮合频率及其倍频 的调制 ， 对于其频谱 而言 ， 其谱 线 是 以啮合频率 为 中心 ， 以故 障齿 轮 的转频 为
齿轮传动系统的故障诊断与分析
齿轮传动系统的故障诊断与分析张某某（某某大学机电工程学院，湖南长沙，410083）摘要：齿轮是机械设备中常用的部件,齿轮传动也是机械传动中最常见的方式之一。
在许多情况下，齿轮故障又是导致设备失效的主要原因。
因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要的意义。
本文简要介绍了齿轮故障的发展历史，齿轮故障诊断形式与方法，齿轮故障特征提取以及齿轮传动系统的分析模型和求解方法。
关键词：齿轮传动；故障诊断；分析Analysis and fault diagnosis of gear transmission systemZhangmoumou（College of mechanical engineering of moumou University；Changsha Hunan；410083）Abstract：Gear is the common parts of the mechanical equipment，one of the most common way of gear transmission is mechanical transmission. In many cases, the gear fault is the main cause of equipment failure. So it is very important to diagnose the faults of gear. This paper briefly introduces the development history of gear fault, fault diagnosis of gear form and method, analysis model and the solving method of gear fault feature extraction and the gear transmission system.Key words：gear transmission；fault diagnosis；analysis0引言对齿轮传动系统进行诊断是自故障诊断技术问世以来一直受到人们普遍重视的课题之一,在各类机械设备中,齿轮传动是最主要的传动方式,齿轮传动系统的运行状态往往直接影响到机械设备是否正常工作。
齿轮振动故障诊断与分析
机械监测与诊断技术论文齿轮震动故障诊断与分析学院：机械与动力学院姓名：**学号：**********2015年11月4号齿轮振动故障诊断与分析一．齿轮典型故障介绍(1)磨损磨损包括磨粒磨损、腐蚀磨损和冲击磨损，磨粒磨损是常见的磨损形式，一般是由于齿的工作表面进入了金属微粒、尘埃和沙粒等所引起的齿面擦伤或者齿面材料脱落，是润滑不好的开式传动齿轮的主要故障类型。
齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廓变形，侧隙变大，会造成齿轮动载荷增大，不仅会使振动和噪音加大，而且很可能导致断齿。
磨损故障大概占齿轮常见故障比例的10%。
(2)点蚀点蚀是减速箱等闭式齿轮传动系统中极其普遍的故障类型，约占齿轮常见故障比例的31%。
齿轮受啮合过程产生的循环交变应力会在表面产生微小疲劳裂纹，啮合时润滑油进入该裂纹中后被封口并受挤压产生高压，从而扩大了裂纹，最终导致齿轮表面金属的脱落形成麻点状小坑，这就是点蚀。
在齿轮表面硬度低于350HBS的闭式齿轮上，点蚀现象尤为常见。
点蚀的出现会加大齿轮表面的局部接触应力，导致点蚀现象的恶化，进而加剧齿轮啮合时的噪声、降低齿轮传动的精度。
(3)断齿断齿在齿轮故障类型中是最容易发生的，占齿轮常见故障比例的41%。
断齿故障有过载断齿、疲劳断齿和缺陷断齿三种，这里面又以疲劳断齿最为常见，它是由于齿轮工作受到周期性载荷，弯曲应力超过弯曲疲劳极限而在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹渐渐扩大，当载荷的循环次数达到一定值时，就会致使轮齿折断。
断齿是所有齿轮故障中最严重的类型，经常会导致停工停产。
(4)胶合齿轮润滑良好时齿面间会保持一层润滑油膜作用，但是当载荷较大、齿面间压力大、工作转速高、工作表面温度较高时，润滑油膜被破坏，使金属齿面直接接触，相接触的金属材料在高温高压作用下发生粘着，相粘连的齿面由于相对滑动而被撕裂，在相对滑动方向形成划痕。
齿面的胶合故障，会加剧齿面的磨损程度和速度，从而使齿轮更加快速地失效。
这种故障类型占齿轮常见故障比例的10%。
故障齿轮的振动分析和故障诊断
3.4.1模糊控制滤波原理
3.4.2短时分形维数
3.4.3滤波参数的确定
3.5分形滤波的应用
3.5.1分形滤波的验证
3.5.2故障齿轮振动信号的分形滤波
3.6本章小结
第4章神经网络理论及设计应用
4.1人工神经网络基本理论
4.1.1人工神经元模型
4.1.2神经网络的拓扑结构
4.1.3神经网络的学习
鉴于齿轮故障形式多样、齿轮所在系统复杂，人工智能与故障诊断的结合是必不可挡的趋势，它可以突破传统方法在处理多故障、多过程和突发性故障以及高度大型化、复杂化、集成化和自动化的大型设备的系统诊断问题上的局限性，而且更可以与传统故障诊断方法相互结合使用，甚至彼此结合实现混合智能诊断，目前应用比较多且比较成熟的人工智能技术有人工神经网络、模糊理论、支持向量机、遗
典型故障机理研究及特征提取方面，虽然故障机理研究仍需继续完善和研究，但是目前业已取得一定的成绩。1979年，范垂本出版的《齿轮的强度和试验》著作中对齿轮点蚀、胶合、折断三种故障产生机理进行了详细介绍；屈梁生也在1986年出版的《机械故障诊断学》中对齿轮典型故障机理进行了相关介绍。而对于故障特征提取，目前方法特别多，而且都可以取得比较满意的效果，如浙江大学的沈路提出形态小波降噪方法，将其应用在齿轮故障特征提取之中,此外还提出了利用改进的EMD方法和形态滤波相结合用于提取齿轮故障特征的方法。熊诗波和杨洁明则利用小波包分析方法提取出了早期的齿轮故障特征；上海交通大学的毕果建立齿轮的循环平稳模型，实现了对齿轮微弱故障信号的特征提取。其它还有很多方法，不再赘述。
至于故障诊断仪器和设备的开发这个方面，国外有很多状态监测与诊断系统已经被广泛使用，有美国Scientific Atlanta公司的M6000及M8000系列产品、美国本特利公司的DM2000系统、日本三菱重工的MHMS系统等，此外丹麦B&K公司、瑞士ABB公司、德国西门子公司等也都开发出了具有自主知识产权的故障诊断系统。我国也开发了一些具有特色的诊断系统，主要应用在冶金、电力、化工等行业，具有代表性的系统如东北大学的轧钢机状态监测诊断系统、西安交通大学开发的用于炼油行业的RB-20系统、哈尔滨工业大学研发的200MW汽轮机发电机组诊断系统。
齿轮箱中齿轮故障与振动分析
工 业 技 术
齿轮箱 中齿轮故障与振动分析
张 晓 杰
（ 采埃 孚（ 天津） 风 电有限公 司， 天津 ３ ０ ０ ４ ０ ０ ）
摘 要： 建设 坚强电网的战略为推进 风电事业发展提供 了巨大的机遇 ， 作为风力发 电机组运行的重点部件 ， 齿轮 箱因其长期运行 在较 为 恶劣 的环 境 条件 下 ， 故 障 率居 高 不下 ， 已经成 为 风 力发 电相 关技 术研 究的 热 点 ， 对 齿轮 箱 中齿轮 故 障及 其振 动 分析 的关 注 度不断提升 。文章结合 实际运行经验 ， 介绍 了齿轮箱及其在风 电场的应用， 分析 了齿轮箱常见的故障及其发生原 因， 并详 细阐述
了齿轮 故 障 的振 动 分 析 。 关键词： 风 力发 电 ； 齿轮 箱 ； 齿轮 故 障 ； 振 动分 析 引 言
方气 温 较 低 ， 一些 风 电场 的极 端 最 低气 温 达 到一 ４ ０ ℃以下 ， 而 风 力 发
齿轮箱作为一种通过齿轮来传动功率的组件 ， 在工业领域获得 了广泛的应用。风力发电机组 中就广泛应用了齿轮箱 ， 随着近年来 国家 建设 “ 坚 强 智 能 电网 ” 的 进程 不 断 推进 ， 风 力 发 电在 我 国获得 了 蓬勃 的发展 ， 对齿轮箱 的应用提出了更高的要求 。 本 文结 合 风力 发 电 的实 际经 验 ， 分 析 了齿 轮 箱 中齿 轮 故 障 的常 见形式 以及故障诊断 ， 并着重介绍了齿轮故障的振动分析。 １齿 轮箱 及其 在 风 电场 中 的应用 风力 发 电 机 组 由 叶片 、 齿轮箱 、 风 叶控 制 系 统 、 刹 车 系统 、 发 电
机等组成 ， 齿 轮 箱 是 风 电场 运 行 的重 要 机 械 部 件 之一 ， 齿 轮 箱 的设 计 寿命 一 般 是 ２ ０年 ， 起 到动 力 传 输 的作 用 ， 将 风机 的风 轮产 生 的动 力传递给发电机 ， 并对 风轮产生的较低转速进行增速 ， 使其满足风 力 发 电机 的转速 要求 。 风电机组多运行 于气候条件较为恶劣的山区、 海 岛、 边疆等地 ， 长期受到强风 、 温差 、 雨雪等外界因素作用 ， 给齿轮箱 的运行带来不 利 因素。 齿轮箱安装于风机塔顶 内， 空间较为狭小 ， 一旦出现故障较 难维修和排除。据统计 ， 齿轮箱已经成为风电场现场故 障次数最多 的部 件 之一 。 ２齿轮箱中常见的齿轮故 障 齿 轮 箱 的 高可 靠 性 和 易 维 修性 是 风 力 发 电机 组 的关 键 技术 保 障， 风 电场运行中， 齿轮箱 的故障主要集 中在润滑系统 、 液压系统 、 齿轮损坏三个方面。其中， 齿轮箱中齿轮的故障主要表现为局部断 齿、 齿 轮磨 损 、 点蚀 、 齿 面 胶合 、 疲 劳 裂纹 等 。 ２ ． １局 部 断齿 齿轮的局部断齿通常是 由细纹 和裂缝发展导致 ， 产生的原因主 要 有过 载 折 断 、 疲劳折断、 随机 断 裂 等原 因。其 中 ， 过 载 折 断是 由于 轴承损坏 、 外部冲击等原 因， 导致作用在齿轮上 的应力持续较大 ， 超 过了齿轮的极 限承受应力导致 ；疲劳折断多因为齿轮材料不佳 ， 导 致齿轮长期运行在交变应力下 ， 产生长期疲劳 ， 裂纹不断扩展 ， 最终 断裂 ； 随 机断 裂 的原 因较多 ， 比如 有 硬物 进 入齿 轮啮 合 区 、 齿 轮根 部 突遇 外力 冲击 等 。 ２ ． ２ 齿轮 磨 损 磨损 是 指齿 轮 表 面金 属损 耗 严 重 ， 轻度 的磨 损 尚不 至 于 影 响风 电机 组运 行 ， 但 破坏 性 磨损 将 导 致齿 轮 轮 廓破 坏 ， 降低 齿 轮 的寿 命 ， 影 响齿 轮 的平 稳性 。 齿轮 磨 损 的部 位 主要 集 中于 齿轮 的啮合 面 和渐 开线 工作 面 ， 与齿 轮箱 过 载 和润 滑 剂不 洁 有 较大 关 系 ， 另外 ， 齿 轮铸 造后 留下 的砂 片 、 金属 片 、 杂 质也 是齿 轮 磨 损 的重要 原 因 。
风电齿轮箱中齿轮的故障诊断
风电齿轮箱中齿轮的故障诊断风电齿轮箱的故障中有很大一部分故障来自于齿轮，齿轮运行环境较为简单，长时间超载，润滑不良，轴承或齿轮的错误安装，以及齿轮本身啮合不良等缘由都会导致齿轮故障，寿命减短。
振动检测是目前检测风电齿轮箱故障最全面最有效的检测方式，只要运用合适的振动检测仪器采集数据加以分析就能推断出齿轮的运行状况，对故障部件准时进行修理更换以确保设备的正常运行，甚至在故障早期就加以预防，延长部件寿命。
下面介绍一下齿轮的主要故障形式及振动表现：齿轮磨损：齿轮磨损时其啮合频率的边频带幅值会明显增大，严峻时会消失齿轮的固有频率，并有转频调制。
齿轮负荷大：一般状况下负载高时，会消失很高的啮合频率及其谐频。
齿轮游隙或偏心：齿轮啮合频率及其谐波被转频调制，消失固有频率振动。
齿轮不对中：齿轮不对中时一般会产生齿轮啮频率的高次谐波，且一倍频幅值较低而二倍三倍较高。
齿轮断齿或裂纹：齿轮消失断齿等严峻损坏时会在该齿轮转速频率和固有频率处产生较高振动，且时域上会有明显的冲击。
图为齿轮不平衡或游隙典型频谱振动数据采集之后，依据齿轮齿数和转速等数据可以计算出齿轮的啮合频率，加上时域或频谱中的特征可以对齿轮箱的故障进行诊断。
然而，实际应用中，由于齿轮箱中有多组齿轮和轴承，转速也并非一成不变，频谱分析往往有各种频率消失，有些频率非常接近，辨认比较困难。
这时我们需要依据测点位置结合振幅大小分析，针对每个齿轮箱，在其工作状态良好的状况下，采集得到基准的频谱，在状态监测和故障诊断中通过与基准频谱进行对比，来发觉问题。
对于轴承部位测量,假如各部位振动都很大,一般可能是齿轮问题,假如个别轴承部位振动大可能是轴承问题。
图为该齿轮拆开之后的照片，多个断齿，与诊断结果全都。
齿轮振动故障症状特征分析与解决处理方法(图文并茂详解)
齿轮振动故障症状特征分析与解决处理方法
（图文并茂详解）
一、正常状态频谱：
1、正常状态频谱显示1X和2X转速频率和齿轮啮合频率GMF。
2、齿轮啮合频率GMF通常伴有旋转转速频率边带。
3、所有的振动尖峰的幅值都较低，没有自振频率。
二、齿载荷的影响症状特征：
1、齿轮啮合频率往往对载荷很敏感。
2、高幅值的齿轮啮合频率GMF未必说明齿轮有故障。
3、每次分析都应该在最大载荷下进行。
三、齿磨损症状特征：
1、激起自振频率同时伴有磨损齿轮的1X转速频率的边带说明齿磨损。
2、边带是比齿轮啮合频率GMF更好的磨损指示。
3、当齿轮的齿磨损时齿轮啮合频率的幅值可能不变。
四、齿轮偏心和侧隙游移症状特征：
1、齿轮啮合频率GMF两侧较高幅值的边带说明，齿轮偏心侧隙游移和齿轮轴不平行。
2、有故障的齿轮将调制边带。
3、不正常的侧隙游移通常将激起齿轮自振频率振动。
五、齿轮不对中症状特征：
1、齿轮不对中总是激起二阶或更高阶的齿轮啮合频率的谐波频率，并伴有旋转转速频率边带。
2、齿轮啮合频率基频(1XGMF)的幅值较小，而2X和3X齿轮啮合频率的幅值较高。
3、为了捕捉至少2XGMF频率，设置足够高的最高分析频率很重要。
六、断齿或裂齿症状特征：
1、断齿或裂齿将产生该齿轮的1X转速频率的高幅值的振动。
2、它将激起自振频率振动，并且在其两侧伴有旋转转速基频边带。
3、利用时域波形最佳指示断齿或裂齿故障。
4、两个脉冲之间的时间间隔就是1X转速的倒数。
七、齿磨损症状特征：摆动的齿轮的振动是低频振动，经常忽略它。
齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断
齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断摘要：齿轮箱常见的失效类型为齿轮箱，所以定期监控其工作状况，以减少故障率，提供预测型的检修计划。
应用结果显示，该技术能够对变速箱进行有效的判断，并能正确地判断出变速箱的故障部位和严重性，从而为船员制定相应的检修计划，降低无用维护费用，防止机械和机械的非计划停运。
关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障诊断引言：在回转机构中，最常见的是齿轮，它的工作状态对整个机器的工作情况有很大的影响。
齿面磨损、表面接触疲劳、齿面塑性、齿面弯曲和齿面折断等是常见的失效类型。
一、齿轮箱故障诊断的意义在风力发电机组中，齿轮箱作为重要传动设备，为风能转化为电能提供源源不断的动力，发挥着十分重要的功能。
风力发电机组中的齿轮箱，不仅体积、质量较大，而且结构十分复杂，这也导致在发电机组运转过程中，齿轮箱容易发生各种故障，进而使发电机组的运行受到较大影响，甚至蒙受重大损失。
近年来，陆续爆发出多起因为齿轮箱故障而导致风力发电机组停运的实践，不仅让发电机组受到极大影响，而且带来重大经济损失。
所以说，对风力发电机组齿轮箱实施有效的故障诊断措施，从而尽发现问题，解决问题，保证其稳定性，不仅具有极大的经济意义，而且有很强的社会意义[1]。
传统的齿轮箱故障诊断主要是通过人工方式实现的，通过人工巡检加定期维护的方式，排除齿轮箱故障。
然而，这种模式，一方面带有很强的滞后性，通常都是齿轮箱发生故障以后，并且对发电机组造成影响之后，才能够去被动的应对，依然无法完全避免损失；另一方面，齿轮箱结构复杂，人工方式诊断故障，不仅准确率不高，而且耗费大量的时间和人力。
因此，通过对齿轮箱实施在线监控，并通过监控数据对齿轮箱实施故障诊断，一旦发现异常立刻予以维护、维修，只有这样，才能够真正有效的预防齿轮箱故障，将隐患消除，从而最大程度降低对风力发电机组的影响。
二、齿轮箱故障诊断机理实现齿轮箱的故障诊断，首先必须了解齿轮箱的故障机理，以此为基础选择合适的诊断技术，才能有有效保障故障诊断的及时性与准确性。
齿轮箱的故障类型及振动机理改
齿轮箱的故障类型及振动机理改第2章齿轮箱的故障和振动信号2.1齿轮箱故障的主要形式齿轮箱系统是包含齿轮、轴承、传动轴及箱体等结构的复杂系统。
其中主要故障发生在齿轮、轴承和传动轴上。
在齿轮箱的诊断中，一般只给出是否产生故障及产生故障的位置，根据振动信号的特点，一般常见的典型故障形式有齿轮失效、轴和轴系失效、箱体共振和轴承疲劳脱落和点蚀等几种【5】。
在这些常见故障中，齿轮和滚动轴承的故障约占齿轮箱故障的80%[4]。
因此，分析齿轮和滚动轴承的故障类型和振动机理对识别齿轮箱的故障类型具有重要意义。
2.1.1齿轮故障类型及振动机理（1）齿轮的故障类型齿轮的故障类型大致可分为以下两种类型：1）由制造错误和装配错误引起的故障。
具体故障包括齿轮偏心、齿距偏差、齿形误差、轴错位、齿面接触等故障。
齿轮制造过程中产生的主要缺陷是偏心、节距偏差和齿形误差。
齿轮装配不当也会降低齿轮的工作性能。
当齿轮的这些误差严重时，会引起齿轮传动的快速和慢速旋转，啮合时产生冲击，并引起较大的振动和噪声[5]。
2）运行中产生的故障齿轮除上述故障外，其在本身运行过程中也会形成许多常见的故障，例如断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重交合等等。
齿轮预定寿命内不影响使用的磨损成文正常磨损，如果因使用不当、用材不当、接触面存在硬颗粒以及润滑油不足等原因引发早期磨损，将导致齿轮形变、重量损失、齿厚变薄、噪声增大等后果，甚至会导致齿轮失效。
其中若润滑油不足，还会导致齿面胶合，胶合一旦发生，齿面状况变差，功耗增大，从而使得振动信号变强。
（2）齿轮的振动机理一对啮合齿轮可视为一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统，其力学模型如图2-1所示。
图2-1齿轮对的力学模型振动方程为[4]：mrx+cx+ktx=kte1+kte2(t)2-1其中x是齿轮沿作用线k（T）的相对位移——齿轮的啮合刚度Mr——齿轮副的等效质量mr=m1?m2/(m1+m2)E1——加载后齿轮的平均静态弹性变形e2(t)――齿轮的误差和异常造成的两个齿轮间的相对位移（亦称故障函数）从方程2-1可以看出，齿轮在理想状态下也有振动，没有异常，其振动来自两个方面。
齿轮箱振动信号分析和故障诊断ppt课件
齿轮传动 (r/min)
1495
1457
1402
涡轮传动 (r/min)
1498
1345
1252
970
方差 0.1970 0.0742 0.0822 0.0019
0.0341
0.0764 0.0385
偏度 -0.0108 0.1928 -0.1391 -0.6687 -7.175e-04 -0.0224 0.0027
齿轮传动振动信号功率谱（1402r/min） 涡轮传动振动信号功率谱（1498r/min）
涡轮传动振动信号功率谱（1345r/min） 涡轮传动振动信号功率谱（1252r/min）
涡轮传动振动信号功率谱（970r/min）
总结
1、在时域中，我们往往很难对齿轮箱的振动信号的 时域波形图直接进行有效分析，只能通过计算信号的的 方差、偏度、峰度和均方根值等统计数学指标，使我们 能够对信号波形有一个初步大致的认识。通过对不同输 入转速下的振动信号比较，其时域特征并不能明显的做 出区分判断。
32维分解 a=zeros(32,1); for ii=1:32 for jj=1:n
%求每个尺度对应能量占总能量的百分比 sum1=0; for ii=1:32 sum1=sum1+a(ii); end b=zeros(32,1); for ii=1:32 b(ii,1)=a(ii,1)/sum1; end b=b'; l1(i,2:1:33)=b(1,:);
选用Morlet小波函数，把振动信号在Morlet小波下进行 尺度为32的分解，经过连续Morlet小波变换可得到振动信号 的尺度-能量关系。
程序如下：
clc clear close all hidden %%********************************读数据 l1=zeros(7,33); for i=1:7
齿轮箱的失效原因与振动诊断
中 国 修 船
ＣＨＩ Ａ ＨＩ ＲＥ ＡＩ Ｎ Ｓ Ｐ Ｐ Ｒ
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齿 轮箱 的失效原 因与振 动诊 断
赵 军 ，张 丹 ，王金 光
（．２９ １９４ ３部 队 ，辽 宁 葫芦 岛 １５０ ；２９２２部 队 ，辽 宁 葫芦 岛 １５０ ） ２００ ．１０ ２００
作 者 简 介 ：赵 军 （９ ７） １７ 一 ，男 ， 河 南济 源人 ，大 学本 科 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事装 备 管 理 和 装备 故障 诊 断 工 作 。
传动形 式之一 。 由于齿 轮传动具 有结构 紧凑 、效 率 高 、寿命 长、工 作可靠 和维修方便 等特点 ，所 以在
运 动和动力传递 以及变 更速度等 各个方 面得到 了普 遍应用 。但是齿 轮传 动也 有 明显 缺点 ，由于其特 有
１ 齿轮箱的失效形式和原 因
在齿 轮箱 的各类 零件 中 ，失效 比例分别 为 ：齿 轮 ６ ％ ，轴 承 １ ％ ，轴 １ ％ ，箱 体 ７ ，紧 固件 ０ ９ ０ ％
映的状态 情况不 敏感 。相对 来讲 ，齿 轮箱 的振 动与
噪声 （ 其是 振 动 ） 是 目前 公 认 的 最佳 征兆 提 取 尤
量 ，它对运行 状态 的反映迅 速 、真实 、全 面 ，能很 好地反 映 出绝大 部分齿轮 故障 的性 质范 围 ，所 以振 动诊断在 齿轮 的故障 中占有 重要 的地 位 。
Ｋｅ ｒ ｓ： ｇ ａ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒｂ ｘ； ｅ ｃ ｃ ｏ ｓ； ｄ ａ ｎｏ ｉ ｙ ｖ ｂ ａｉｎ ｉ ｆ ａ ｙ ｌｓ ｉｇ ｓｓｂ ｉｒ ｔｏ
０ 引 言
在 各类船舶 动力装 置中的机械设 备虽 然多种 多 样 ，但 齿轮 和齿轮箱传 动仍是 目前广泛 采用 的主要
机械故障诊断技术张键课后问题详解
第一章1、故障诊断的基础是建立在能量耗散的原理上的。
2、机械故障诊断的基本方法课按不同观点来分类，目前流行的分类方法有两种：一是按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为简易诊断法和精密诊断法；二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法、机器性能参数测定法。
3、设备运行过程中的盆浴曲线是指什么？答：指设备维修工程中根据统计得出一般机械设备劣化进程的规律曲线（曲线的形状类似浴盆的剖面线）4、机械故障诊断包括哪几个方面内容？答：（1）运行状态的检测根据机械设备在运行时产生的信息判断设备是否运行正常，其目的是为了早期发现设备故障的苗头。
（2）设备运行状态的趋势预报在状态检测的基础上进一步对设备运行状态的发展趋势进行预测，其目的是为了预知设备劣化的速度，以便生产安排和维修计划提前做好准备。
（3）故障类型、程度、部位、原因的确定最重要的是设备类型的确定，它是在状态检测的基础上，确定当机器已经处于异常状态时所需进一步解决的问题，其目的是为了最后诊断决策提供依据。
5、请叙述机械设备的故障诊断技术的意义？答：6、劣化曲线沿横、纵轴分别分成的三个区间分别是什么，代表什么意义？答：横轴包括1、磨合期 2、正常使用期 3、耗损期纵轴包括1、绿区（故障率最低，表示机器处于良好状态）2、黄区（故障率有抬高的趋势，表示机器处于警械注意状态）3、红区（故障率已大幅上升的阶段，表示机器处于严重或危险状态，要随时准备停机）第二章1、按照振动的动力学特性分类，可将机械振动分为三种类型：自由振动和固有频率、强迫振动与共振、自激振动。
2、固有频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定，是物体本身固有的。
3、在非线性机械系统内，由非震荡能量转换为震荡激励所产生的振动称为自激振动。
4、构成一个确定性振动有三个基本要素，即振幅S、频率f或w和相位。
5、机械故障诊断技术的应用分为事故前预防和事故后分析。
齿轮箱的失效原因与振动诊断
齿轮箱的失效原因与振动诊断摘要：近年来，齿轮箱的失效原因与振动诊断得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。
本文首先对相关内容做了概述，分析了机械式齿轮箱传动效率影响因素，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面提出了机械式齿轮箱转速效率运行测量措施，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：齿轮箱；失效原因；振动诊断1前言齿轮箱应用条件的不断变化，对其失效原因与振动诊断问题提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展。
本文从概述相关内容出发，对该课题展开了研究。
2概述机械式齿轮箱传动效率，主要就是在某种条件之下，齿轮箱输出的功率与输入的功率呈现正比，可以有效提升系统的运行质量，然而，在实际运行中，经常会出现一些影响因素，导致其传动效率降低，因此，需要利用良好的控制方式开展管理工作，提升齿轮箱的设计与制造水平，提高其应用质量。
在对机械式齿轮箱的传动效率进行测试，获取准确的数据信息，明确是否存在传动效率问题。
第一，在齿轮箱开发研制样品之后，需要对其进行测试，在某种环境之下传动，利用同类产品的经验值相互对比，在对比之下，可以明确研制样品的性能情况。
在此之后，需要对齿轮箱样品的转速效率进行具体分析，制定针对性的改造方案，减少各类影响因素，提升设计与制造工作质量，促进其完善性[1]。
第二，在齿轮箱样品研制成果之后，需要在不同环境之下对其传动效率进行测试，获取准确的测试数据信息，明确齿轮箱样品对环境的适应能力，为使用单位提供准确的依据，使其可以根据运行环境与需求等，购进齿轮箱产品。
第三，在齿轮箱批量生产期间，需要保证生产质量，制定日常测试方案，每天都要对其进行测试处理，在日常测试中需要及时发现异常情况，分析异常原因，并对其进行改善。
相关管理人员还要对潜在质量问题进行分析，避免齿轮箱生产批量不合格，逐渐提升产品的建设成效，满足现代化齿轮箱机械设备的应用需求，达到预期的管理目的[2]。
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齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断张尊建
发表时间：2018-01-03T20:53:20.910Z 来源：《基层建设》2017年第28期作者：张尊建
[导读] 摘要：近年来，齿轮箱中齿轮故障振动分析与诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。
身份证号码：32032219830328XXXX 江苏南京 210012
摘要：近年来，齿轮箱中齿轮故障振动分析与诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。
本文首先对相关内容做了概述，分析了DANA6000系列齿轮箱的故障，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就DANA6000系列齿轮箱的日常保养展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：齿轮箱；齿轮故障；振动；诊断
1 前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，齿轮箱中齿轮故障振动分析的特殊性不言而喻。
该项课题的研究，将会更好地提升对齿轮故障的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其振动分析与诊断工作的最终整体效果。
2 概述
发动机的物理特性决定了齿轮箱的存在，通过改变齿轮箱的档位，使得发动机工作时的转速与车轮转速产生不同的转速比，保证发动机始终处在其最佳的动力性能状态下。
由于近几年科技的不断进步，齿轮箱的结构创新不断引入机电液一体化设计思路，导致齿轮箱的问题越来越复杂，因此作为车辆传动系统中不可或缺的一环，我们学会分析处理齿轮箱的故障情况就显得尤为重要。
铜冠矿山建设股份有限公司采用的大型矿用卡车多为阿特拉斯公司生产的MT2010型卡车，与其配套使用的齿轮箱型号为DANA6000系列，该系列的动力换档齿轮箱拥有功能强大的设计，达到了最严格的工程机械领域的工作效率标准，具有可靠性和耐用性，使用时与德纳公司先进的电子控制系统的组合，最终完美体现在车辆的运营效率上。
该款齿轮箱的传动比如下表1所示，常规额定值如表2所示。
DANA6000系列齿轮箱的特征和优点主要体现在这几个方面：（1）前进和后退都有4个档位；（2）自动换档时，齿轮会精确的变化，以配合特定工况下的速度和负载情况；（3）前后轴可以脱离，从而使车辆自行调整以适应各种地形和崎岖的路面；（4）各个离合器可各自断开，提高运行效率；（5）微电控制系统调节换档，提高车辆使用寿命和燃油效率；（6）在发动机故障的情况下，应急转向泵提供持续的转向动力。
3 DANA6000系列齿轮箱的故障分析
DANA6000系列齿轮箱是平行六轴式常啮合齿轮式动力齿轮箱，它的前进档位和后退档位各有4个，可在不切断动力的情况下进行升降挡操作，通过电液控制系统操控带有湿式摩擦片的离合器来实现，此外出于便于日常拆卸、维修和保养的目的，其设计制造时将换挡离合布置在齿轮箱箱体之外。
该系列齿轮箱装配的MT2010型矿用卡车承担了冬瓜山铜矿巷道采掘矸石运输的主要任务，由于井下恶劣的工作环境，保养不到位，长时间高负荷工作等因素，齿轮箱会发生各种各样的故障情况，常见的故障现象以及排除方法如下。
（1）发动机正常运转但不能行驶：①档位按钮失灵→检查挡位选择器的电路及挡位的准确性；②齿轮箱内油位过低→按要求补充新油；③油泵损坏或渗漏造成供油不足→更换新件，检查密封面及油封。
（2）挡位选择器不工作、挡位不清或跳挡、掉挡：①选择器保险丝处接触不良或保险丝断→检查、更换保险丝；②各电缆插口接触不良→检查各插口处的接触情况；③挡位选择器内部故障→修理或更换当前挡位选择器；④车辆电气系统故障或电压不稳→检查车辆电气系统，测量电压（理论值为24V）。
注：车辆挡位时有时无、跳挡、掉挡等现象也可能是电磁阀阀内的阀芯卡滞造成的。
（3）润滑油油温过高：①齿轮箱内的油位过高或过低→按要求注油；②透气帽堵塞→检查透气帽；③离合器打滑→检查离合器油压；④制动器抱死或拖带严重→检查并进行调整；⑤轴承烧损、油路不畅→更换烧损零件、检查油路及油泵；⑥离合器打滑或烧损→检查工作压力，更换烧损零件；⑦长期重负荷工作→暂停作业，待冷却后再行工作；⑧冷却器损坏→检查冷却器（正常情况下润滑油在冷却器内的进出油口的温差在10℃左右）；⑨车辆内其他零部件过热经热传导后导致变速器过热→检查其他零部件（桥、发动机等）是否正常。
（4）驱动力不足：①变矩器入口油压低→检查齿轮箱油位；更换或清洗滤清器及粗滤网；检查操纵阀中的压力控制阀及控制压力阀是否正常；②离合器打滑→检查各离合器油压及活塞油封并且检查有无过载现象，这种现象多数是由于离合器片有烧损引起。
（5）控制压力偏低、不稳或表跳：①操纵阀的阀芯卡滞→清洗或更换操纵阀；②油泵吸空→检查油位、各油道及滤网有无堵塞，确定原因后做出相应处理方法；③油泵失效→更换新件；④离合器活塞油封严重漏油→更换油封，重新安装调试。
（6）车辆行驶过程中，齿轮箱位置有异常响声：零件磨损过大造成剥落，或者是安装齿轮箱不到位引起→检查连接螺栓位置。
4 DANA6000系列齿轮箱的日常保养
齿轮箱的故障问题主要来源之一就是日常保养维护不到位，不及时，因此，工作人员能否做好齿轮箱的日常保养工作就显得很关键，齿轮箱的养护工作主要体现在以下几个方面：（1）及时进行油位检查决定是否加油，且加油要适量，油液种类要符合要求；（2）定期跟换齿轮箱油液和滤油器等，防止造成，油温升高，齿轮箱离合器卡死等故障；（3）定期更换纸垫，密封圈等易耗件，防止油液泄露等問题；（4）工作前做好齿轮箱的检漏以及检查连接件缺失问题，莫让小故障变成大问题；（5）避免长时间，高负载工作；（6）定期进行清洗保养。
作为一款井下工作车辆的关键部件，恶劣的工作环境，高负荷的生产任务，有效地维护手段和设备等因素严重影响齿轮箱的使用寿命，齿轮箱的故障问题可能层出不穷。
检修人员需要掌握必备的故障分析能力以及维修技巧以应对工作中出现的问题，但是我们不能寄希望于大修，深度检查来解决问题，培养驾驶员的良好操作习惯，切实做好日常保养，积极改善路面状况等因素更加重要。
箱体的生产规划针对齿轮箱箱体加工生产部门的规划工作是真整个生产线中最为重要的环节。
齿轮箱体作为齿轮箱整体构造中零部件最繁杂，尺寸最多变、加工耗时最长以及最容易出现质量问题的重要部分，其整体的规划组成尤为重要，所以在这个部分中，设计人员应根据其生产的齿轮箱特征进行针对该箱壳体生产的工作。
首先，将针对箱壳体的生产分为粗加工部分和细加工部分，其具体施工工艺如下图二：
齿轮箱加工区域物流的规划设计根据齿轮箱的箱体生产规划，科学且合理的设置加工区的物流配套规划模式，能够在很大程度上提高
生产的效率的同时提升实际加工工作的质量情况。
齿轮箱加工装置、人员等的规划根据实际生产情况配置恰当的设备、人员、物质使用情况，针对预期的生产目标作出合理的预算及造价工作，从宏观上统揽全局，科学的分配加工齿轮箱各环节的物料支出情况，从而在保障齿轮箱质量的前提下，达到生产线路配置最优化。
5 结束语
综上所述，加强对齿轮箱中齿轮故障振动与诊断的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的齿轮故障振动与诊断过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]李连刚，任洪涛，杨希岭，等.定轴式动力换档变速器常见故障分析[J].工程机械，2001（6）：49-51.
[2]ChristophGbel.动力换档变速器的进一步发展和电控单元开发过程的重要性[J].传动技术，2012（2）：3-9，17.
[3]张大壮.阿里逊公司的自动和动力换档变速器的换档调整[J].国外汽车，1977（Z1）：37-48.。