齿轮箱的故障诊断共23页
(整理)齿轮箱的维护与故障分析
齿轮箱维护和故障分析概述风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、风叶控制系统、刹车系统、发电机、塔架等组成。
其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。
高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。
所以，对海阳、莱州、开发区风场齿轮箱故障现象统计如下表：液压系统和齿轮的损坏三大方面。
齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用。
虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因是其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热量。
如果这些热量在它们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，最后导致高温烧毁齿轮和轴承。
因此齿轮和轴承在转动过程中必须用润滑油来进行冷却。
所以润滑油一方面起润滑作用，另一方面起冷却作用。
对于风电齿轮箱，对于所有的齿轮和轴承我们都要采用强制润滑。
因为强制润滑可以进行监控，而飞溅润滑是监控不了的。
从安全性考虑采用强制润滑。
一、风电齿轮的损坏类型及其判断下表为齿轮轮齿的主要故障形式及其原因根据裂纹扩展的情况和断齿原因断齿包括过载折断（包括冲击折断）疲劳折断以及随机断裂等断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。
疲劳折断发生从危险截面（如齿根）的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断其根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用，在疲劳折断处，是贝状纹扩展的出发点并向外辐射产生的原因有很多。
主要是材料选用不当，齿轮精度过低，热处理裂纹，磨削烧伤，齿根应力集中等等因此在设计时需要考虑传动的动载荷谱，优选齿轮参数，正确选用材料和齿轮精度，充分保证加工精度消除应力集中集中因素等等。
过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有轴承损坏突然冲击超载轴弯曲或较、大硬物挤入啮合区等断齿断口有两种形式一种呈放射状花样的。
行星齿轮箱故障诊断方法
行星齿轮箱故障诊断方法1. 引言1.1 引言行星齿轮箱是一种常见的传动装置，在各种机械设备和车辆中被广泛应用。
它能够有效地将动力传递给机械系统，从而实现各种动力传动和转速调节的功能。
由于长时间的使用和磨损，行星齿轮箱可能会出现故障，导致设备性能下降甚至完全失效。
及时准确地诊断行星齿轮箱的故障非常重要。
本文将介绍行星齿轮箱的故障现象、可能的原因、诊断方法、常见解决方案和预防措施，帮助读者更好地了解行星齿轮箱故障的发生和处理方法。
通过掌握这些知识，读者可以及时发现和解决行星齿轮箱的故障，延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性和安全性。
在本文的指导下，读者可以更加有效地管理和维护行星齿轮箱，确保设备的正常运行和高效工作。
愿本文能够为读者提供有价值的信息和帮助，使他们能够更好地了解和处理行星齿轮箱故障问题。
2. 正文2.1 故障现象故障现象是指在行星齿轮箱工作过程中可能出现的各种问题和异常情况。
通过观察和记录这些故障现象，可以帮助工程师们更快速、准确地诊断问题，并采取相应的处理措施。
常见的行星齿轮箱故障现象包括：轴承异响、运转噪音过大、温升异常、油品泄漏、齿轮磨损严重、工作效率下降等。
轴承异响可能是轴承损坏或润滑不良导致的；运转噪音过大可能是齿轮配合间隙过大或叶轮受损；温升异常可能是润滑油渗漏或油温过高所致；油品泄漏可能是密封件老化或松动；齿轮磨损严重可能是使用寿命到期或润滑不当引起的；工作效率下降可能是因为零部件磨损过大或系统故障。
通过仔细观察和分析这些故障现象，可以有针对性地进行故障诊断和解决方案的制定。
定期检查和维护行星齿轮箱，及时处理故障现象，可以提高设备的可靠性和工作效率，延长设备的使用寿命。
2.2 故障可能原因行星齿轮箱故障可能原因很多，主要包括以下几个方面：1. 润滑不足：行星齿轮箱在工作过程中需要足够的润滑油来减少摩擦和磨损，如果润滑油不足或质量不合格，就会导致齿轮箱零件间的摩擦增大，从而引起故障。
机械故障诊断技术齿轮箱故障诊断PPT课件
图8－1 齿根部的应力集中
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二．齿面磨损或划痕
2019/11/24
A）粘着磨损 在低速、重载、高温、齿面粗糙度差、供油不足或油粘度 太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。润滑油的粘度高，有利 于防止粘着磨损的发生。
B）磨粒磨损与划痕 含有杂质颗粒以及在开式齿轮传动中的外来砂粒或 在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。一般齿顶 、齿根问好摩擦较节圆部严重，这是因为齿轮啮合过程中节圆处为滚动 接触，而齿顶、齿根为滑动接触。
C）腐蚀磨损 由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿 面发生化学反应造成金属的腐蚀而导致齿面损伤。
3Байду номын сангаас
2019/11/24
D）烧伤 烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过 分摩擦所产生的局部区域过热，这种温度升高足以引起变 色和过时效，会使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白 层。损伤的表面容易产生疲劳裂纹。
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8．3 齿轮的故障分析方法
2019/11/24
一．功率谱分析法
功率谱分析可确定齿轮振动信号的频率构成和振动能量在各频率成分 上的分布，是一种重要的频域分析方法。
幅值谱也能进行类似的分析，但由于功率谱是幅值的平方关系，所以 功率谱比幅值谱更能突出啮合频率及其谐波等线状谱成分而减少了随机振 动信号引起的一些“毛刺”现象。
由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，
由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在
高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形
成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑
齿轮的故障诊断
齿轮的故障诊断齿轮的故障诊断一、齿轮的常见故障齿轮是最常用的机械传动零件，齿轮故障也是转动设备常见的故障。
据有关资料统计，齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。
齿轮故障可划分为两大类，一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等，另一类是齿轮本身（即轮齿）在传动过程中形成的故障。
在齿轮箱的各零件中，齿轮本身的故障比例最大，据统计其故障率达60%以上。
齿轮本身的常见故障形式有以下几种。
1. 断齿断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。
断齿有三种情况：①疲劳断齿由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。
裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。
②过载断齿对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。
③局部断齿当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。
偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿。
局部断齿总是发生在轮齿的端部。
2. 点蚀点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。
在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。
裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。
如此循环变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即点蚀。
点蚀有两种情况：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀）通常只发生在软齿面（HB＜350）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。
原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。
②扩展性点蚀发生在硬齿面（HB＞350）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。
行星齿轮箱故障诊断方法
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界1行星齿轮箱常见故障分析与排除措施1.1行星齿轮箱压力差齿轮箱在运动过程中,运动副由于摩擦而发热和受环境温度的影响,导致箱内温度升高。
随箱内温度逐渐升高,箱内压力增大,齿轮箱内外压力差增大,将导致润滑油在压差作用下,从缝隙处漏出,破坏摩擦环境,甚至影响齿轮箱传动过程。
1.2减速机结构设计不合理当检验孔盖板太薄时,在上紧螺栓后非常容易产生形变,从而导致结合面的不平整,油会在有接触缝隙的地方漏掉。
减速机在制造的时候,由于铸造器件未及时退火、时效处理和消除内应力,这样定会产生变形,从而形成缝隙,最终油泄露掉。
在箱体上未设置回油槽,润滑油堆积在轴封、端盖、结合面等处,在压力差的作用下,从间隙处向外泄漏。
轴封结构设计不合理。
在很早之前,减速机大多都使用毡圈式轴封与油沟这样的结构,在组装的过程时会使毛毡发生变形,从而会导致结合面缝隙会被密封起来。
倘若轴颈与密封器件接触不是很理想,因为毛毡的补偿性极差,密封在短时间内会立即失效。
油沟上虽设有回油孔,但非常容易堵塞,回油的作用难以显现。
1.3加油量过多当减速机在运动过程中,油会在油池里被搅动得非常厉害,从而导致润滑油在机器内部到处飞迸,但是加油过多的话,会使润滑油积聚在轴封与结合面处,从而导致油泄漏。
1.4检修工艺不当设备检修时,由于结合面上污物未清除彻底,又或者是选取密封胶不正确、把密封件装反、没有及时更换密封件等都会引起漏油。
2齿轮箱诊断方法目前,对齿轮箱进行采集振动信号、特征提取与故障诊断是常见的诊断方法。
由于行星齿轮箱的结构特征与定轴齿轮箱相比有很大区别,所以这些方法只适用于诊断定轴齿轮箱,并不适用于行星齿轮箱。
时域行星齿轮箱故障诊断方法罗成(铜陵学院机械工程学院,安徽铜陵244000)【摘要】行星齿轮箱具有很复杂的结构特性,它的结构特性与定轴齿轮箱完全不同。
齿轮故障诊断
1、x 和 σ为分布函数。 故常态分布曲线由x 和σ就可决定，
σ值意味着偏离平均值 x 的大小值， σ值
越大偏离值越大。
2、常态分布函数μ3=0 即常态分布的偏倚 系数为0。
3、常态分布函数 四阶矩μ4/σ4 =3 故常态 分布的峰突系数为3。
补充一、
a) σ值越小则p(x)值越大，因而p(x)减小很快， 即曲线陡；
如图T—21 轴承疲劳试验过程
例3、 Cs>0 及Cs<0 的图形。 CE>3及CE>3的图形。
歪度 波形
峭度 波形
歪度计算式：
N
1
1
3
{
i 1
( i )3
} N 1
3 rms
峭度计算式：
N
2
1
4
{ i1
( i )4
} N 1
4 rms
例4．丰田书上例。图T—23 1、较正常，有冲击。
附加注释:
v 1200Hz之所以幅值 高是因为该频率与低 速轴齿轮固有频率相 同.
v 是固有频率激发了该 齿轮共振.
激励能量对不同调制振动的影响
1 、由于轴弯曲和齿轮本身存在的缺陷和 故障均可产生调制现象；
2 、调制的载波频率有三种：
a) 啮 合 频 率 及 其 高 次 谐 波 ； b)齿轮谐振频率；
有效值=0.27898 歪 度=－.7792 峭 度=17.5894
三、实例介绍：
❖、某厂一台C523立车发生了半年强烈异常振动，伴有 严重噪声。根据实测电机转速为1000r/min时各种转频 及啮合频率：
❖各轴转频及啮合频率（C523立车传动箱）
❖ 轴序号 传动 转速(r/min) 转频(Hz) 啮合频率(Hz)
齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断摘要: 通过对不同齿轮箱振动频谱的检测结果的分析，论述了判断齿轮箱由于长期处于某些恶劣条件下，如交变载荷或润滑油失效，引起的齿轮和轴承损坏的检测方法。
分析了齿轮箱出现故障的原因以及应采取的措施。
关键词：风电机齿轮箱轴承状态检测一、风电机组齿轮箱的结构及运行特征我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。
近几年来，一批齿轮箱发生故障，有些由厂家更换，也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。
有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。
虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现，全世界很多地方同样出现过问题，但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重，应认真分析研究。
1) 过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。
由于风电机组容量不断增大，轮毂高度增加，齿轮箱受力变得复杂化，这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。
2) 由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。
我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。
我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。
作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。
由于设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。
3) 在我国北方地区，冬季气温很低，一些风场极端(短时)最低气温达到-40℃以下，而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃以上，个别低温型风力发电机组最低可达到-30℃。
齿轮箱故障的原因和诊断方法
优点：
能够完整的提取信号的故障信息， 提高诊断准确率。（通过对实例的三种 不同齿轮裂纹尺寸的故障模式进行识别 和分类可以看出。）
齿轮箱故障诊断试验
图（一）
根据综合因数考虑选择齿轮（三）来模拟 故障模式。
齿轮箱故障诊断试验
一：齿轮的三种故障模式
表（一）
齿轮裂纹全深度为a=2.4mm，裂纹全宽度为 b=25mm，所选齿轮箱转速为800r/min，载荷为 51.77N*m。
齿轮箱故障诊断试验
二：时域特征提取
当齿轮出现故障时，齿轮 箱时域信号会生变化，它的 幅值和分布都与正常齿轮的 时域信号有差异。每个时域 特征参数或者特征量都反映 了振动信号的某种特性，通 过这些特性可以对不同信号 进行区分。对于一组离散的 测试信号 ， 本文取 N=1024 ，几个特征参 数的计算公式如下 ：
状态识别
将待检模式与样式模式（故障档案）对比和状 态分类，判断齿轮箱是否工作正常或者说有无故障。
诊断决策
根据判断结果采取相应对策，对齿轮箱及其工 作进行必要的预测和干预，减少故障所造成的损失。
基于混合特征提取和小波神经网 络的齿轮箱故障诊断
这种诊断方法是将振动法里面的时域法， 小波包分解，小波分解相结合的方法进 行故障诊断。
齿轮箱故障的原因
故障原因 所占比例
一
二 三 四 五 六
齿轮失效
轴承失效 轴的失效 箱体失效 紧固件失效 油封失效
约为60%
约为19% 约为10% 约为7% 约为3% 约为1%
齿轮箱故障诊断方法
温度法
通过监测箱体轴承座处的温度来判断齿轮箱工作 是否正常。
油样分析法
从齿轮箱所使用的润滑油中取出油样，通过收集 和分析油样中金属颗粒的大小和形状来判断齿轮箱状 态。
风力发电机组齿轮箱故障分析及检修分解
风力发电机组齿轮箱故障分析及检修分解齿轮箱是风力发电机组的核心部件之一，其主要功能是将风轮通过传动装置传递给发电机，以产生电能。
由于齿轮箱在长时间运转中承受着大负荷，容易出现故障，因此对于齿轮箱的故障分析及检修分解非常重要。
一、故障分析1.齿轮磨损：由于齿轮箱长时间高速运转，容易导致齿轮之间的磨损，如果磨损过大，会导致齿轮箱传动不稳，产生异响。
2.轴承损坏：齿轮箱中的轴承承受着极大的压力和摩擦，如果润滑不良或者长时间运转，会导致轴承损坏，从而导致齿轮箱工作不正常。
3.油封漏油：齿轮箱中的油封容易因为长时间使用或者质量问题导致漏油，这会导致齿轮箱内部润滑油减少，影响齿轮的润滑和工作效果。
4.齿轮箱内部异物：在齿轮箱长期运转过程中，由于各种原因，容易进入异物，如金属粉尘、灰尘等，这些异物会加剧齿轮磨损和轴承损坏。
二、检修分解1.卸下齿轮箱：首先需要将风力发电机组的叶片停止转动，并释放动力系统的压力，然后使用专业工具将齿轮箱卸下。
2.拆卸齿轮箱壳体：将齿轮箱的壳体螺栓依次松开，小心拆下齿轮箱壳体，避免损坏内部零件。
3.检查齿轮磨损情况：清洁齿轮箱内部，使用专业工具检查齿轮的磨损情况，如果磨损严重，需要更换新的齿轮。
4.检查轴承情况：拆卸齿轮箱内部的轴承，清洗并检查轴承的磨损情况，如果磨损严重，需要更换新的轴承。
5.更换油封：检查齿轮箱油封的密封情况，如果发现漏油，需要将旧的油封拆下并更换新的油封。
6.清理异物：彻底清理齿轮箱内的异物，包括金属粉尘、灰尘等，以保证齿轮箱的正常运转。
7.组装齿轮箱：将清洗过的齿轮、轴承重新组装到齿轮箱内，并按照正确的工装和顺序进行安装，最后紧固螺栓，确保齿轮箱的完整性和稳定性。
8.完善润滑系统：重新注入适量的润滑油，并确保油封的良好密封，防止油漏。
总结：对于风力发电机组的齿轮箱故障分析及检修分解，需要细致入微地检查齿轮、轴承、油封和异物等情况，及时进行更换和清理。
只有确保齿轮箱的正常运转，才能保证风力发电机组的高效工作。
机械故障诊断技术8齿轮箱故障诊断课件
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