机械故障诊断技术 8_齿轮箱故障诊断PPT课件
齿轮箱故障及预防措施
齿轮箱故障及预防措施
汇报人：
2023-12-23
•齿轮箱故障概述
•齿轮箱故障诊断方法
•齿轮箱故障预防措施目录
•齿轮箱故障修复技术
•齿轮箱故障预防的未来展望
01
齿轮箱故障概述
齿轮箱的常见故障类型
由于长时间运转或润滑不良，齿轮表面材料逐
渐损失。
轴承在承受过大载荷或
润滑不良时发生卡滞或
断裂。
密封件老化或损坏导致
润滑油泄漏或外部杂质
进入。
齿轮或轴承运转不平稳
引起的异常振动和噪声。
齿轮磨损轴承损坏密封失效振动与噪声
润滑不良
操作不当
维护不足
设计与制造缺陷
齿轮箱故障的原因分析
01
02
03
04
油位过低、油质不纯或润滑系
统堵塞。
超载、过速或润滑系统未及时
保养。
未定期检查、清洁、更换密封
件或润滑油。
齿轮或轴承的几何尺寸、精度
和热处理工艺不当。
齿轮箱故障可能导致设备停机，
影响生产线的连续运行。
设备停机
设备停机将导致生产中断，造成生产损失和成本增加。
生产损失
部分故障如轴承断裂可能导致设备严重损坏和人员伤亡。
安全风险
频繁的故障和维修将增加设备
的维护成本。
维护成本增加
齿轮箱故障的后果
02
齿轮箱故障诊断方法。
齿轮箱故障诊断实例分析
Ｉ １ － Ｉ ２
Ｉ ３ ． Ｉ ４ Ｌ １ ． Ｌ ２
０ ． ５ ３｝ Ｉ Ｚ
０ ． １ ５ Ｈｚ ０ ． ０ ４ Ｈ Ｚ
３ Ｏ
Ｏ ． Ｏ １
０ ． Ｏ ２ ０ ． Ｏ ３ ０ ０ ４ ０ ． ０ ４
０． ４ ０
３ ． ３
３ ． ２ ３ ． １ ３ ． ０ ３ ． １
２
Ｖ Ｇ２ ０ ２ 一 Ｖ Ｖ Ｇ３ ０ １ 一 Ｈ
Ｉ １
３ｌ ２
ＶＧ３ ０ ２ 一 Ｖ ＶＧ ４ ０ １ 一 Ｈ
置频宽为 ４ ０ ０ ， 采样频率 １ ０ ２ ４ ； 设置谱线数 １ ６ ０ ０ ； 灵
敏 度为 ５ ０ ０ ｍ Ｖ ／ Ｅ Ｕ 。
表 ２ 轴 承 型 号
ｍｏ ｔ
ｌ
因
Ｌ１
｛
…
Ｉ
分别对测得的振动值做记 录 ， 如表 ９ 所示 ， 包括 不 同转 速 下 的速 度 和 加 速 度 振 动 的 有 效 值 和 峭 度
— ｌ 嘲 院 Ｉ 翻 ｌ
对其的关注 ， 进而分析其振动信号 。
表 ９ 振 动 值 记 录表
设备 名 测点 电机转 速 位置
， ｒ ｐ ｍ
ＶＧ １ Ｏ１ 一Ｈ
图 ２ 齿轮箱 结构 示意图
速度信号 速度信号 加速度 加速度
Ｒ Ｍ Ｓ ／ （ ｍ ｍ ／ ｓ ）
３ ３Ｏ． ４
Ｉ ４
２ ８ ３
Ｖ Ｇ６ ０ １ 一 Ｈ Ｖ Ｃ６ ０ ２ Ｖ
－
Ｌ１
２ ８ ３
齿轮箱故障预诊断
新型齿轮箱故障预测研究实验台
SIMULATORS
齿轮箱故障预测综合模拟实验台 (GPS)
齿轮箱故障预测与研究的最佳工具
SpectraQuest 公司为模拟工业齿轮箱的故障诊断和预测研究专门设计了齿轮箱故障预测综 合模拟实验台(GPS)。GPS 齿轮箱包括一个带有滚动轴承或套筒轴承的两级平行轴测试齿轮 箱，可模拟 1 至 6 的齿轮传动比。齿轮箱可加载足够大扭矩使齿轮发生磨损和损伤故障。实验 台所有单元可装配为最多的配置方案，便于基于诊断和预测技术的齿轮箱动力学和噪声特性、 健康监测和振动特性的研究。该实验台性能稳定，可承受猛烈的载荷冲击，有充足的空间便于 齿轮的更换、安装以及监测装置的安装。
约 1800 磅 (820kg) 实验台：长=96 英寸(245cm), 宽=22 英寸(56cm), 高=22 英寸(56cm) 冷却油路系统：长=30 英寸(76cm), 宽=16 英寸(41cm), 高=26 英寸(66cm) 电机：纵深=17 英寸(43cm), 宽=36 英寸(91cm), 高=60 英寸(152cm)
齿轮和轴承故障的诊断和预测
该实验台可模拟直齿和斜齿的齿面磨损、轮齿裂纹、齿面点蚀和缺齿等故障。也可模拟滚 动轴承内圈、外圈、滚动体故障及其耦合故障。可通过调节侧隙来研究齿间隙的影响：增加齿 间隙不会产生严重的后果，减少齿间隙可能导致齿面胶合和运行温度升高。也可引入轴系不对 中。可引入单一故障，或同时引入多个故障，研究其相互间的耦合效应。通过加载扭转负载和 径向负载来研究齿轮和轴承的损伤及扩展特性，扭转负载可通过 10 马力交流变频驱动电机编 程自定义速度来加载，径向负载可通过在平行齿轮箱的轴上加载。通过可编程驱动电机，就可 以模拟现场实际负载的波动效应。
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
2
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。
9
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
齿轮箱故障的原因和诊断方法.ppt
齿轮箱是机械设备中应用最为广泛的传 动机构。 自身结构复杂，工作环境恶劣，非常容 易出故障。 齿轮箱故障将直接影响设备的安全可靠 运行，降低加工精度和生产效率。 由此，齿轮箱故障研究的目的和意义就 不言而喻了，比如：保障机器安全，有 效地运行；提高生产效率，保障产品质 量等等。
齿轮箱故障的原因
小波包函数
被定义为 ：
式中 n=0，1 ，2 …为振荡参数 ， J∈Z和 k∈Z 分别是尺度 参数和平移参数
齿轮箱故障诊断试验
三：小波包特征提取
对采集到的齿轮箱振动信号进行 3层小波包分解，采用Shannon熵准，可 得到从低频到高频的8个等宽频率的子频带，本文采样频率为2560kHz。
齿轮箱故障诊断试验
式中n=1,2,3,4， i=1,2,…,N， N为信号长度N=1024。
设所提取的 4个能量值为 网络的一组特征参数 将 P作为小波神经
齿轮箱故障诊断试验
四：小波特征提取
小波变换后的逼近信号和细节信号
齿轮箱故障诊断试验
五：小波神经网络小波神Βιβλιοθήκη 网络模型齿轮箱故障诊断试验
小波神经网络测试流程
齿轮箱故障诊断步骤
信号检测 号 根据齿轮箱的工作环境和性质，选样并测取能够反映 齿轮箱工作情况或状态的信号，这种信号称为原始信号。
特征提取
将原始信号进行信号分析和处理，提取反映 齿轮箱状态的有用信息（特征），形成待检模式。
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。
网络参数初始化 计算隐含层及输出层的输出
计算误差E和梯度向量p
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。
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断一、背景介绍风力发电机组齿轮箱是风力发电机组的核心部件之一，负责将风轮叶片转动的机械能转化为电能。
齿轮箱的工作环境苛刻，长期受到大风、恶劣天气等外界因素的影响，加之高速、高负荷的工作状态，齿轮箱故障频率较高，给风电场的运行和维护带来了一定的挑战。
及时准确地对风力发电机组齿轮箱故障进行诊断，对风电场的安全稳定运行具有重要的意义。
二、常见故障原因1.润滑油污染齿轮箱内部长时间工作后，润滑油会受到振动、高温等因素的影响，导致润滑油的污染。
润滑油污染会使齿轮箱零部件间的摩擦增大，从而导致齿轮箱温升增高、噪音加大，严重时甚至引发齿轮箱损坏。
2.齿轮损坏齿轮工作在高速和高负荷状态下，长时间受到拉力和挤压力的作用，容易导致齿面损伤、断裂或磨损，进而引起齿轮箱故障。
3.轴承故障齿轮箱内部的轴承长时间承受高速旋转和重压力的作用，容易出现磨损、松动等问题，导致齿轮箱转动不畅，甚至产生异常噪音。
4.密封件损坏齿轮箱的密封件损坏会导致润滑油泄漏，使得齿轮箱内部无法正常润滑，加速了其零部件的磨损，最终引发齿轮箱故障。
5.其他原因除了上述常见的故障原因外，齿轮箱的故障还可能由于设计缺陷、制造工艺不良等因素引起。
三、齿轮箱故障诊断方法1.声音诊断通过听力诊断齿轮箱运行过程中是否有异常噪音，观察噪音的产生位置和频率，判断齿轮箱是否存在齿轮损伤、轴承故障、润滑油不足等问题。
2.振动诊断采用振动传感器检测齿轮箱的振动情况，观测振动的振幅和频率，判断齿轮箱是否存在齿轮损伤、轴承故障、不平衡等问题。
3.温度诊断通过红外线热像仪等设备检测齿轮箱的温度分布情况，观测各个部位的温度变化，判断齿轮箱是否存在轴承故障、润滑油不足等问题。
4.润滑油分析定期对齿轮箱润滑油进行化验，检测润滑油中的杂质、磨损颗粒等情况，判断齿轮箱是否存在润滑油污染、磨损严重等问题。
5.其他诊断方法除了以上几种常用的诊断方法外，还可以采用红外光谱分析、摄像头检测等先进技术来诊断齿轮箱故障。
齿轮箱常见故障
齿轮箱常见故障
齿轮箱是一种机械装置，它将一个主动轴的扭矩传递给多个从动轴，从而实现动力的分配和传递。
齿轮箱在运行过程中可能会出现一些故障，以下是一些常见的故障：
齿轮磨损：齿轮在运转过程中会不断磨损，如果磨损过度，会导致齿轮啮合不良，影响动力传递。
齿轮疲劳：齿轮在运转过程中会受到周期性的载荷，如果载荷过大或周期过快，会导致齿轮疲劳，影响动力传递。
齿轮断裂：齿轮在运转过程中可能会发生断裂，这通常是由于齿轮材料质量问题、加工工艺问题或运转过程中受到突然的冲击载荷等原因引起的。
箱体变形：箱体是齿轮箱的重要组成部分，它的变形会影响齿轮的正常运转。
箱体变形通常是由于箱体材料质量问题、加工工艺问题或运转过程中受到突然的冲击载荷等原因引起的。
润滑不良：齿轮箱需要良好的润滑，如果润滑不良，会导致齿轮磨损加剧、疲劳加剧、断裂等问题。
漏油：齿轮箱的润滑油需要保持一定的油位，如果油位过低，会导致润滑不良，同时也会导致漏油问题。
以上是齿轮箱常见的故障，不同的故障可能会导致不同的后果，因此需要及时进行检查和维修。
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)
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断风力发电机组是利用风能转换成机械能或电能的设备，其中齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分之一。
齿轮箱承担着将风车旋转产生的低速大扭矩转换成高速小扭矩，从而满足发电机的运行要求。
由于齿轮箱处于高负荷、恶劣环境工作状态下，往往容易出现故障。
及时准确地诊断齿轮箱故障，对于风力发电机组的稳定运行和维护至关重要。
一、齿轮箱故障类型1.1 齿轮箱过热齿轮箱过热是风力发电机组常见故障之一，原因可能有：（1）润滑油温度过高；（2）齿轮轴承磨损导致摩擦力过大；（3）风能过大导致齿轮箱工作负荷过重；（4）冷却系统故障。
1.2 齿轮箱振动齿轮箱振动可能是由于以下原因导致的：（1）齿轮箱内部零部件松动；（2）齿轮损伤、断齿、磨损严重；（3）齿轮箱装配误差；（4）齿轮箱轴承损坏。
1.4 齿轮箱漏油齿轮箱漏油往往是由于以下原因造成：（1）密封件老化；（2）零部件损坏；（3）冷却系统故障。
二、齿轮箱故障诊断方法2.1 观察法通过观察齿轮箱的外部表面进行故障诊断，如果发现齿轮箱有明显的油渍、磨损痕迹、裂纹等现象，就说明齿轮箱出现了问题，需要进行进一步的维修或更换。
2.2 听声法借助听觉观察齿轮箱的运行状态，判断是否有异常的噪音。
如果发现齿轮箱有异常噪音，就说明齿轮箱可能存在故障，需要进一步检查或维修。
2.3 测振法利用振动仪对齿轮箱进行振动测试，通过振动信号的分析判断齿轮箱的状态。
如果发现齿轮箱振动异常，就需要进一步排除故障原因，进行维修或更换。
2.4 润滑油分析定期对齿轮箱中的润滑油进行化验分析，检测其中的金属颗粒、酸值、碱值、水分等指标，判断齿轮箱是否存在异常磨损、腐蚀、水分等问题，并及时采取相应的措施。
2.5 热像法利用热像仪对齿轮箱进行热像测试，观察齿轮箱在运行过程中的热量分布情况，判断齿轮箱是否存在过热或磨损等问题。
2.6 拆解检查当以上方法无法明确齿轮箱的故障原因时，可以进行拆解检查，仔细检查齿轮箱内部的各个部件，找出故障原因并进行修理或更换。