齿轮常见故障与诊断 PPT
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齿轮(机械学基础)课件
过载、疲劳或材料内部 缺陷可能导致齿轮出现
断齿现象。
齿轮故障的排除方法
定期检查
。
更换损坏零件
调整参数 加强维护保养
05
新型齿轮技术及其应用
新型齿轮材料
高强度材料
耐高温材料
轻量化材料 抗腐蚀材料
新型齿轮加工技术
精密铸造
通过精密铸造技术，减少齿轮的加工 余量和误差，提高齿轮的精度和稳定 性。
数控加工
热处理
为了提高齿轮的硬度和耐磨性，需要对材料进行热处理，如淬火、回火、表面淬 火等。
齿轮的加工工艺
切齿加工
磨齿加工 热处理和表面处理
04
齿轮的维护与故障排除
齿轮的润滑与保养
润滑剂的选择
根据齿轮的工作环境和负载选择 合适的润滑剂，如润滑油或润滑
脂。
润滑周期
确定合适的润滑周期，定期对齿 轮进行润滑，以减少磨损和摩擦。
智能化
随着工业4.0和智能制造的推进，齿轮制造将更加智能化，实现自动 化、高精度、高效率的生产。
绿色环保
环保意识日益增强，齿轮制造将更加注重绿色、环保，采用环保材料 和工艺，降低能耗和减少废弃物排放。
定制化与个性化
随着机械行业的多样化需求，齿轮的定制化与个性化设计将成为趋势， 满足不同领域和特定需求的齿轮产品将不断涌现。
齿轮(机械学基础)课件
• 齿轮概述 • 齿轮的工作原理 • 齿轮的设计与制造 • 齿轮的维护与故障排除 • 新型齿轮技术及其应用 • 齿轮的发展趋势与展望
01
齿轮概述
齿轮的定义与作用
定义 作用
齿轮的类型与特点
圆柱齿轮
蜗轮蜗杆
用于平行轴之间的传动，有直齿和斜 齿两种。直齿简单，但传动不平稳； 斜齿传动平稳，但制造成本高。
齿轮的基本知识PPT课件
侧隙
两个相啮合的齿轮在啮合时，轮齿侧面之间的间隙。侧隙的 存在可以保证齿轮传动的灵活性和润滑性，但过大的侧隙会 影响传动的准确性和稳定性。
03
齿轮的传动原理与特性
齿轮传动的基本原理
Байду номын сангаас齿轮传动的定义
齿轮传动的啮合原理
通过两个或多个齿轮的啮合，实现动 力和运动传递的机械传动方式。
通过齿轮齿廓间的相互作用，实现动 力和运动从主动齿轮到从动齿轮的传 递。
齿轮磨损
齿轮磨损是常见故障之一，可以通过定期更换润滑油、减 少过载运行等措施来减缓磨损。磨损严重时需更换齿轮。
齿轮断裂
齿轮断裂可能是由于过载、疲劳等原因引起的，应检查设 计、制造、安装等方面的问题，并采取措施防止再次发生 。
齿面点蚀
齿面点蚀可能是由于润滑不良、过载等原因引起的，应改 善润滑条件、降低载荷等措施来减缓点蚀的发展。严重时 需更换齿轮。
05
齿轮的应用与维护保养
齿轮在机械设备中的应用实例
汽车变速箱
齿轮在汽车变速箱中起到改变传 动比、实现倒车和中断动力的作 用，是汽车传动系统中的重要组
成部分。
工业机床
齿轮在工业机床中用于传递动力 和精确控制运动，如滚齿机、插
齿机等。
航空航天设备
齿轮在航空航天设备中用于实现 复杂传动和减轻重量，如飞机发
早在古代，人们就开始使 用木制或石制的齿轮来传 递动力和改变转速。
工业革命时期
随着工业革命的到来，金 属加工技术的进步使得金 属齿轮得以广泛应用。
现代时期
随着计算机技术和先进制 造技术的发展，现代齿轮 设计更加精确、高效，应 用领域也更加广泛。
02
齿轮的基本参数与术语
模数与压力角
两个相啮合的齿轮在啮合时，轮齿侧面之间的间隙。侧隙的 存在可以保证齿轮传动的灵活性和润滑性，但过大的侧隙会 影响传动的准确性和稳定性。
03
齿轮的传动原理与特性
齿轮传动的基本原理
Байду номын сангаас齿轮传动的定义
齿轮传动的啮合原理
通过两个或多个齿轮的啮合，实现动 力和运动传递的机械传动方式。
通过齿轮齿廓间的相互作用，实现动 力和运动从主动齿轮到从动齿轮的传 递。
齿轮磨损
齿轮磨损是常见故障之一，可以通过定期更换润滑油、减 少过载运行等措施来减缓磨损。磨损严重时需更换齿轮。
齿轮断裂
齿轮断裂可能是由于过载、疲劳等原因引起的，应检查设 计、制造、安装等方面的问题，并采取措施防止再次发生 。
齿面点蚀
齿面点蚀可能是由于润滑不良、过载等原因引起的，应改 善润滑条件、降低载荷等措施来减缓点蚀的发展。严重时 需更换齿轮。
05
齿轮的应用与维护保养
齿轮在机械设备中的应用实例
汽车变速箱
齿轮在汽车变速箱中起到改变传 动比、实现倒车和中断动力的作 用，是汽车传动系统中的重要组
成部分。
工业机床
齿轮在工业机床中用于传递动力 和精确控制运动，如滚齿机、插
齿机等。
航空航天设备
齿轮在航空航天设备中用于实现 复杂传动和减轻重量，如飞机发
早在古代，人们就开始使 用木制或石制的齿轮来传 递动力和改变转速。
工业革命时期
随着工业革命的到来，金 属加工技术的进步使得金 属齿轮得以广泛应用。
现代时期
随着计算机技术和先进制 造技术的发展，现代齿轮 设计更加精确、高效，应 用领域也更加广泛。
02
齿轮的基本参数与术语
模数与压力角
《齿轮缺陷简介》课件
齿面断裂
齿轮表面出现断裂现象，可能由于材料疲劳、 负荷过大等原因引起。
齿轮偏移
齿轮轴线偏离理想位置，可能导致传动不准确、 噪音增加等问题。
齿根断裂
齿轮根部出现断裂现象，可能由于过载、材料 缺陷等原因引起。
齿轮缺陷的影响和后果
1 传动效率下降
齿轮缺陷会导致传动效率下降，增加能源的 消耗。
2 噪音和振动增加
案例一 案例二 案例三
机械设备传动中出现噪音和异常振动，经检查发 现齿轮存在严重的齿面磨损。
传动效率下降，产量降低，经过检测发现齿轮偏 移超过了运转允许范围。
设备提前故障，导致生产中断，经过分析发现是 齿轮根部断裂导致的。
结论和要点
1 齿轮缺陷会导致传动效率下降和噪
音振动增加。
2 齿轮缺陷的检测方法包括目视检查、
《齿轮缺陷简介》PPT课件
欢迎大家参加今天的课程！本课程将带领大家深入了解齿轮缺陷的定义、类 型和影响，以及相关的检测方法和预防措施。让我们一起探索这个引人入胜结构上的不完美，可能导致运转不顺畅、噪音增加 等问题。
常见的齿轮缺陷类型和特征
齿面磨损
齿轮表面出现磨损痕迹，可能由于摩擦、颗粒 物等原因引起。
振动分析
通过分析齿轮传动过程中的振 动信号，判断齿轮是否存在缺 陷。
预防齿轮缺陷的措施
1
材料选择
选择高质量、适合工作条件的齿轮材料，以提高耐磨和抗疲劳性能。
2
正确润滑
合理选择和使用润滑剂，保证齿轮传动的良好润滑。
3
定期维护
定期进行齿轮传动的保养和检查，防止缺陷的进一步扩大。
案例分析：齿轮缺陷的实际问题
齿轮缺陷会引起噪音和振动的增加，影响设 备的稳定性和工作环境。
齿轮故障诊断
又要求齿轮传动具有高平稳性、高可靠性
据日本新日铁会社的统计，齿轮故障约占机器总故障次数的 从1956年至1986年，在美国导致人员伤亡或飞机损坏的直升机
10.3%左右
重大飞行事故中，齿轮箱是最主要的故障源，约占22%，为了 防止此类事故的发生而不得不进行频繁地维修，维修费用达到 了直升机飞行成本的30%
带点蚀故障的齿1旋转一周，与齿2啮合一次，产生一次冲击 即：转一圈一次冲击，与转频在数值上是相等的
14
上节课内容复习
什么是转频？
转速 转频 转频表示每秒钟转过的圈数。 60
例如：发生一个断齿，转速850r/min, 转频 f =14.2Hz
1秒钟有14个冲击
15
齿轮故障诊断
齿轮传动基本知识
从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的 因此齿轮啮合刚度的变化频率----啮合频率
啮合刚度就变化一次。
啮合 齿数
2 1
2
齿轮啮合齿数的变化
齿轮刚度变化
啮合频率 Z1
n1 n Z2 2 60 60
13
齿轮的力学模型分析
举例说明带点蚀故障的齿轮的啮合过程：
齿轮故障诊断 齿轮的振动机理
采样参数设定
已知齿轮齿数，建议频率范围Fmax 设定为≥3.25×GMF 齿轮齿数未知，频率范围Fmax 设定为每根轴的转速的200倍 注意频率分辨率
测定周期
设备正常时保持一定周期；在振动增大时，缩短监测周期
31
齿轮的简易诊断
齿轮故障诊断 振动测量与简易诊断
简易诊断方法
目的：迅速判断齿轮是否处于正常工作状态
齿轮故障诊断
斜齿圆柱齿轮
人
字
齿
圆
柱
齿
轮
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齿轮故障诊断
齿轮齿条传动
8
(2)相交轴齿轮传动
直齿圆锥齿轮传动
(3)交错轴的齿轮机构
两轴相交错的斜齿 圆柱齿轮机构
蜗轮蜗杆传动
1/13/2020
齿轮故障诊断
9
2. 齿轮系
由一系列齿轮组成的传 动称为齿轮系。
1/13/2020
齿轮故障诊断
10
齿轮系分类
齿轮故障诊断
33
3. 边频带
调制现象 原理：
y(t) gm (t) gc (t) Y ( f ) Gm ( f )*Gc ( f )
•幅值调制 •频率调制
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齿轮故障诊断
34
幅值调制 பைடு நூலகம்1) 局部缺陷
例如：一个轮齿上的局部缺陷就相当于齿轮每转一周 产生一个脉冲激励，齿轮的啮合频率被一个短的周期 脉冲所调制，在频谱中表现为在啮合频率两侧有大量 的边频带，其幅值较低，且分布均匀而平坦。
在很多情况下，齿轮或齿轮箱在承载运 行中，由于其它激振力而引起了齿轮、轴或 轴承内、外圈滚动体等零件的谐振。在频谱 图上出现某些高峰值，也不对应某些特征频 率，则这些频率可能是某零件的谐振频率， 因此需在做谱分析前，通过计算获得其谐振 频率数值，结合频谱才能做出准确判断。
1/13/2020
齿轮故障诊断
22
(3) 胶合
2）措施
• 采用角变位齿轮，降低齿高； 以↓滑动系数；
• 采用小模数，以↓相对滑动速 度；
• 采用抗胶合好的润滑油、齿轮 副材料(相同的材料胶合的可 能性大)、专门的添加剂；
齿轮传动机械基础PPT课件
制造和安装精度要求高
齿轮的制造和安装精度要求较高，否则会影响传动的平稳性和效率。
需要润滑
齿轮传动需要良好的润滑条件，以减少磨损和摩擦热。
齿轮传动的应用
01
02
03
04
工业领域
齿轮传动广泛应用于各种工业 机械和设备中，如机床、起重
机、矿山机械等。
交通运输领域
汽车、火车、飞机等交通工具 中大量使用齿轮传动来实现动
模数的单位是毫米 （mm）。
03
选择
模数的选择应根据齿轮的 承载能力和制造精度要求 进行。
齿轮的压力角
定义
压力角是齿轮齿形的一个参数，表示齿轮齿形的倾斜程度。压力 角的大小力角的单位是度（°）。
选择
压力角的选择应根据齿轮的传动要求和制造精度要求进行。
齿轮的齿数和齿宽
持心部良好的韧性。
齿轮材料和热处理的选择
根据齿轮的载荷、速度、精度等要求 进行选择。
对于承受轻载、低速或一般精度要求 的齿轮，可以选择较低强度和硬度的 材料和相应的热处理方法，以降低制 造成本。
对于承受重载、高速或高精度要求的 齿轮，应选择高强度、高硬度、高耐 磨性的材料和相应的热处理方法。
在选择材料和热处理方法时，还应考 虑齿轮的工作环境、制造工艺和经济 性等因素。
根据齿轮传动的使用要求，选用合适的润滑油或 润滑脂，并定期更换。
清洁维护
保持齿轮传动装置及其周围环境的清洁，防止杂 物和灰尘进入。
常见故障分析及排除方法
齿轮磨损
齿轮长时间使用后，会出现磨损现象。 解决方法是定期更换齿轮，或对磨损 严重的齿轮进行修复。
油位异常
油位过高或过低都会影响齿轮传动的正 常运转。解决方法是检查油位并调整到 规定范围内，同时检查油路是否畅通。
齿轮的制造和安装精度要求较高，否则会影响传动的平稳性和效率。
需要润滑
齿轮传动需要良好的润滑条件，以减少磨损和摩擦热。
齿轮传动的应用
01
02
03
04
工业领域
齿轮传动广泛应用于各种工业 机械和设备中，如机床、起重
机、矿山机械等。
交通运输领域
汽车、火车、飞机等交通工具 中大量使用齿轮传动来实现动
模数的单位是毫米 （mm）。
03
选择
模数的选择应根据齿轮的 承载能力和制造精度要求 进行。
齿轮的压力角
定义
压力角是齿轮齿形的一个参数，表示齿轮齿形的倾斜程度。压力 角的大小力角的单位是度（°）。
选择
压力角的选择应根据齿轮的传动要求和制造精度要求进行。
齿轮的齿数和齿宽
持心部良好的韧性。
齿轮材料和热处理的选择
根据齿轮的载荷、速度、精度等要求 进行选择。
对于承受轻载、低速或一般精度要求 的齿轮，可以选择较低强度和硬度的 材料和相应的热处理方法，以降低制 造成本。
对于承受重载、高速或高精度要求的 齿轮，应选择高强度、高硬度、高耐 磨性的材料和相应的热处理方法。
在选择材料和热处理方法时，还应考 虑齿轮的工作环境、制造工艺和经济 性等因素。
根据齿轮传动的使用要求，选用合适的润滑油或 润滑脂，并定期更换。
清洁维护
保持齿轮传动装置及其周围环境的清洁，防止杂 物和灰尘进入。
常见故障分析及排除方法
齿轮磨损
齿轮长时间使用后，会出现磨损现象。 解决方法是定期更换齿轮，或对磨损 严重的齿轮进行修复。
油位异常
油位过高或过低都会影响齿轮传动的正 常运转。解决方法是检查油位并调整到 规定范围内，同时检查油路是否畅通。
《齿轮基本培训》课件
2 齿轮系统的调整和
检查方法
介绍齿轮系统的调整和 检查步骤，确保齿轮系 统的稳定性和可靠性。
3 齿轮系统的故障预
防措施
分享有效的齿轮故障预 防措施，减少生产停机 和维修成本。
实例分析
齿轮故障的案例分 析
通过具体案例分析齿轮故障 的发生原因和解决方法，提 供实践参考。
齿轮设计的案例分 析
揭示成功的齿轮设计案例， 包括特殊工况下的应用和创 新设计。
《齿轮基本培训》PPT课 件
欢迎来到《齿轮基本培训》PPT课件！通过本课件，我们将全面介绍齿轮的 基本知识和应用，帮助您深入了解这一关键工业技术。
概述
什么是齿轮
介绍齿轮的定义和基本构 造，揭示其在工业生产中 的核心作用。
齿轮的作用及应用范 围
探索齿轮的广泛应用领域， 从汽车到机械制造，无处 不见它的身影。
齿轮制造的案例分 析
分享齿轮制造领域的成功案 例，探讨新工艺和高效制造 方法。
总结
齿轮工作中需要注意 的问题
总结在齿轮工作中需要特 别注意的关键问题和细节 要点。
齿轮在工业生产中的 重要性
强调齿轮在现代工业生产 中的重要作用和不可或缺 性。
齿轮技术的未来展望
展望齿轮技术的未来发展 方向和应用前景，为听众 带来新的思考。
齿轮的故障分析与维修
1
齿轮故障的原因
剖析齿轮故障发生的原因，包括疲劳、压力和材料缺陷等。
2
齿轮故障的分类及表现
归纳不同类型的齿轮故障和其表现，帮助您迅速判断问题所在。
3
齿轮故障的维修方法
介绍有效的齿轮故障维修方法，包括修复、更换和升级。
齿轮系统的维护
1 齿轮系统的保养方
法
齿轮PPT模板
润滑方式及密封结构设计要点
润滑方式
根据齿轮箱工作条件和要求，选 择合适的润滑方式，如油池润滑 、喷油润滑等，确保齿轮和轴承
得到充分润滑。
密封结构
设计有效的密封结构，防止润滑油 泄漏和外部杂质进入齿轮箱内部。
润滑油选择
选用性能稳定、抗氧化性好的润滑 油，以满足长期工作需求。
维护保养策略制定
定期检查
齿轮PPT模板
目录
• 齿轮基本概念与分类 • 齿轮制造工艺与设备 • 齿轮传动原理及性能评估 • 齿轮箱设计与选型指导 • 齿轮故障诊断与维修技术 • 齿轮行业发展趋势与挑战
01
齿轮基本概念与分类
Chapter
定义及作用介绍
定义
齿轮是一种机械传动元件，用于 传递扭矩和转速。
作用
齿轮在机械设备中起到至关重要 的作用，能够实现动力传输、减 速、增速、换向等功能。
02
齿轮制造工艺与设备
Chapter
原材料选择与处理流程
01
02
03
优质钢材
选择高碳铬钢、合金钢等 高强度材料，确保齿轮的 耐磨性和承载能力。
下料与锻造
根据齿轮尺寸和形状要求 ，进行下料和锻造处理， 获得初步齿轮毛坯。
热处理前准备
对齿轮毛坯进行表面清理 、去毛刺等处理，确保后 续加工质量。
加工方法及设备简介
利用滚齿机进行滚齿加工，提高 齿轮的加工效率和精度。
对高精度齿轮进行磨齿处理，提 高齿轮的表面光洁度和传动精度 。
铣齿 滚齿 插齿 磨齿
采用专用铣齿机对齿轮进行铣削 加工，获得精确的齿形和齿距。
对于内齿轮或特殊形状的齿轮， 可采用插齿机进行插齿加工。
热处理工艺及参数设置
齿轮箱原理和维修-PPT全文
fm
zr (nr 60
nc )
(Hz)
nc - 转臂得回转速度,当与参考齿轮转向相反时取正号,否则就取负号。
之越大。 d、离合功能:我们可以通过分开两个原本啮合得齿轮,达到把发动机与负载分开得
目得。比如刹车离合器等。 e、分配动力。例如我们可以用一台发动机,通过齿轮箱主轴带动多个从轴,从而实
现一台发动机带动多个负载得功能。
3、齿轮箱分类:
a、按齿轮形状分类
齿轮齿轮箱
蜗杆齿轮箱 行星齿轮箱
圆柱齿轮齿轮箱 圆锥齿轮齿轮箱 圆锥—圆柱齿轮齿轮箱
×
×
×
×
√
×
×
×
×
×
△
×
×
×
×
√
○
×
注:√——最有效 ○——尚有效 △——有可能 ×——不适用
1、齿轮箱故障得特征频率与边频带
在生产条件下很难直接检测某一个齿轮得故障信号,一般就是在轴承箱体有关部位 测量。当齿轮旋转时,无论齿轮发生了异常与否,齿得啮合都会发生冲击啮合振动, 其振动波形表现出振幅受到调制得特点,甚至既调幅又调频。
d、输入方式:电机联接法兰、轴输入。 c、采用吸音箱体结构、较大得箱体表面积与大风扇、圆柱齿轮与低、运转得可靠性得到提高,传递功率增大。 e、输出方式:带平键得实心轴、带平键得空心轴、胀紧盘联结得空心轴、花键联结得空心
轴、花键联结得实心轴与法兰联结得实心轴。 f、齿轮箱安装方式:卧式、立式、摆动底座式、扭力臂式。
圆柱蜗杆齿轮箱 圆弧齿蜗杆齿轮箱 锥蜗杆齿轮箱 蜗杆—齿轮齿轮箱 渐开线行星齿轮齿轮箱 摆线齿轮齿轮箱 谐波齿轮齿轮箱
b、按变速次数分类
大家学习辛苦了，还是要坚持
风电齿轮箱日常维护及故障处理PPT
案例三
预防性维护措施
实施过程
某风电场采取了一系列预防性维护措施， 包括定期检查、油样分析、振动监测等。
制定详细的维护计划，配备专业的维护人 员和设备，严格按照计划执行维护工作。
效果评估
改进建议
通过对比实施预防性维护前后的数据，发 现齿轮箱的故障率明显降低，风机的可利 用率得到提高。
根据效果评估结果，进一步完善预防性维 护措施，加强与生产厂家的合作与交流， 提升风电场运营效益。
油路堵塞及处理方法
总结词
油路堵塞会导致风电齿轮箱润滑不良，加剧齿轮和轴承的磨损。
详细描述
油路堵塞的原因可能是油中杂质过多、滤清器堵塞或管道不畅。处理方法包括定 期清洗油箱，清理油中杂质；检查并更换滤清器，保持油路畅通；检查管道连接 是否紧固，防止松动和漏油；加强油品质量管理，选用质量可靠的油品。
温度过高及处理方法
风电齿轮箱日常维护 及故障处理
目录
• 风电齿轮箱概述 • 风电齿轮箱日常维护 • 风电齿轮箱常见故障及处理 • 风电齿轮箱故障预防措施 • 风电齿轮箱维护与故障处理的案例分析
01
风电齿轮箱概述
风电齿轮箱的定义与作用
定义
风电齿轮箱是风力发电机组中的重要 组成部分，主要承担着将风能转化为 机械能，进而转化为电能的职责。
03
对齿轮和轴承等关键部位进行定期检查和保 养，确保其正常运转。
04
对齿轮箱进行定期全面检查，对发现的问题 及时处理，防止故障扩大。
03
风电齿轮箱常见故障及处 理
齿轮磨损及处理方法
总结词
齿轮磨损是风电齿轮箱常见的故障之一，会导致传动效率降低和设备损坏。
详细描述
齿轮磨损主要是由于润滑不良、异物进入或长时间使用磨损所致。处理方法包括定期检查润滑系统，确保油位、 油质正常；加强设备密封，防止异物进入；及时更换磨损严重的齿轮，采用合适的材料和热处理工艺提高齿轮强 度和耐磨性。
齿轮传动系统的非线性随机动力学与故障辨识(王靖岳著)PPT模板
2.1.2方法的有效性
第2章齿轮传动系统的非线性随机动力学分析
2.2非线系统解的形式
A
2.2.1周期 运动及其
稳定性
B
2.2.2拟 （准、概） 周期运动
C
2.2.3周期 运动的分
岔
D
2.2.4混沌 振动及产
生路径
第2章齿轮传动系统的非 线性随机动力学分析
2.3非线性系统解的分析方法和数 值分析
方法
6.1.1基本原理 6.1.2含齿面磨损故障 的系统运动微分方程
6.1.3仿真分析
6.2基于自相关 形态滤波和
EMD的轴承故 障检测方法
6.2.1基本原理 6.2.2实例验证 6.2.3对比分析
6.3本章小结
08
参考文献
参考文献
感谢聆听
7
第6章齿轮传动系统的故障 辨识
8
参考文献
01 前言
前言
02 第1章齿轮传动系统的非 线性随机动力学模型
第1章齿轮 传动系统的 非线性随机 动力学模型
0 1
1.1齿轮传动 系统所受激励 的类型
0 2
1.2齿轮啮合 的时变刚度
0 4
1.4齿轮传动 误差
0 5
1.5齿面摩擦 与磨损
0 3
1.3非线性齿 侧间隙
4.1.3阻尼比对系统运动特性的影响
4.1.4齿侧间隙对系统运动特性的影响
4.1.5啮合刚度对系统运动特性的影响
4.2系统参数的合理匹配分析
02
4.2.1参数合理匹配的分析方法及选取原则
4.2.2实例分析
4.3本章小结
03
06
第5章齿轮传动系统混沌振动的控制
第5章齿轮传动系统混沌振动的控制
第2章齿轮传动系统的非线性随机动力学分析
2.2非线系统解的形式
A
2.2.1周期 运动及其
稳定性
B
2.2.2拟 （准、概） 周期运动
C
2.2.3周期 运动的分
岔
D
2.2.4混沌 振动及产
生路径
第2章齿轮传动系统的非 线性随机动力学分析
2.3非线性系统解的分析方法和数 值分析
方法
6.1.1基本原理 6.1.2含齿面磨损故障 的系统运动微分方程
6.1.3仿真分析
6.2基于自相关 形态滤波和
EMD的轴承故 障检测方法
6.2.1基本原理 6.2.2实例验证 6.2.3对比分析
6.3本章小结
08
参考文献
参考文献
感谢聆听
7
第6章齿轮传动系统的故障 辨识
8
参考文献
01 前言
前言
02 第1章齿轮传动系统的非 线性随机动力学模型
第1章齿轮 传动系统的 非线性随机 动力学模型
0 1
1.1齿轮传动 系统所受激励 的类型
0 2
1.2齿轮啮合 的时变刚度
0 4
1.4齿轮传动 误差
0 5
1.5齿面摩擦 与磨损
0 3
1.3非线性齿 侧间隙
4.1.3阻尼比对系统运动特性的影响
4.1.4齿侧间隙对系统运动特性的影响
4.1.5啮合刚度对系统运动特性的影响
4.2系统参数的合理匹配分析
02
4.2.1参数合理匹配的分析方法及选取原则
4.2.2实例分析
4.3本章小结
03
06
第5章齿轮传动系统混沌振动的控制
第5章齿轮传动系统混沌振动的控制
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信号调制可分为两种：幅值调制和频率调制。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（1）幅值调制 幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的影响而
造成的。幅值调制从数学上看，相当于两个信号在时域 上相乘；而在频域上，相当于两个信号的卷积。
载波信号频率相对来说较高；调制信号频率相对于载 波频率来说较低。在齿轮信号中，啮合频率成分通常是 载波成分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。
以若以一对齿轮作为研究对象，则该齿轮副可以 看作一个振动系统。
齿轮的振动主要是由k(t)
的这种周期变化引起的。
k(t) 为周期性的变量：一
是随着啮合点位置而变化， 二是参加啮合的齿数在变 化。
第九章 齿轮常见故障与诊断
从一个齿轮开始啮合到下一个齿轮进入啮合， 齿轮的啮合刚度就变化一次，由此可以计算出齿轮 的啮合周期及频率。
碎机、采掘机等)，经常会出现过载现象，如果没有 适当的保护措施，就会造成轮齿过载断裂，或者长 期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。 （5）操作失误
操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，都 会造成齿轮损伤、损坏。
第九章 齿轮常见故障与诊断
二、齿轮的振动机理
1、齿轮的力学模型分析 齿轮具有一定的质量，轮齿可看作是弹簧，所
设备状态监测与故障诊断 技术及应用
课程回顾：
往复机械故障特点及影响因素 气阀故障原因及信号特征 敲缸故障原理及信号特征 拉缸故障原理及信号特征 管网振动故障原理及信号特征
第九章 齿轮常见故障与诊断
本章重点： 1、齿轮故障形式、形成原因及振动机理 2、正常齿轮的时域与频域特征 3、齿轮均匀磨损的时域与频域特征 4、齿轮偏心的时域与频域特征 5、齿轮不同轴的时域与频域特征 6、齿轮局部异常的时域与频域特征 7、齿距误差的时域与频域特征 8、不平衡齿轮的时域与频域特征
齿轮啮合刚度的变化频率称为啮合频率。
啮合频率fc：
fc
n1 60
Z1
n2 60
Z2
式中：n1、n2主、从动轮转速，Z1、Z2主、从动轮 的齿数。
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、幅值调制与频率调制 齿轮振动信号的调制现象中包含有很多故障信
息，从频域上看，信号调制的结果是使齿轮啮合 频率周围出现边频带成分。
第九章 齿轮常见故障与诊断
对于齿轮传动，任何导致产生幅值调制的因素也同时 会导致频率调制。两种调制总是同时存在的。对于质量 较小的齿轮副，频率调制现象尤为突出。
频率调制即使在载波信号和调制信号均为单一频率成 分的情况下，也会形成很多边频成分。
第九章 齿轮常见故障与诊断
三、齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法 当边频带的间隔（故障频率）小于分辨率时，就分析
第九章 齿轮常见故障与诊断
一组频率间隔较大的脉冲函数和一组频率间隔较 小的脉冲函数的卷积，在频谱上就形成若干组围绕 啮合频率及其倍频成分两侧的边频族。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）频率调制
齿轮载荷不均匀、齿距不均匀及故障造成的 载荷波动，除了对振动幅值产生影响外，同时也 必然产生扭矩波动，使齿轮转速产生波动。这种 波动表现在振动上即为频率调制(也可以认为是相 位调制)。
故障齿轮
第九章 齿轮常见故障与诊断
一、齿轮故障的常见形式与原因
1. 齿轮故障的常见形式： (1)齿面磨损 (2)齿面胶合和擦伤 (3)齿面接触疲劳 (4)弯曲疲劳与断齿
第九章 齿轮常见故障与诊断
2. 主要原因： (1) 制造误差:偏心、齿距偏差和齿形误差等。 偏心:齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重 合，如左图中的小轮。
不出齿轮的故障，可采用频率细化技术提高分辨率。
第九章 齿轮常见故障与诊断
倒频谱能够明显 地显示出功率谱上 的周期成分，将原 来成族的边频带谱 线简化为单根谱线， 便于观察。可由此 检测出齿轮故障时 振动频谱中的等间 隔边频带。
第九章 齿轮常见故障与诊断
四、齿轮常见故障信号特征与精密诊断 1、正常齿轮的时域特征与频域特征 （1）时域特征
第九章 齿轮常见故障与诊断
频域特征：齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个 方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加 脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动， 从而导致调幅现象，这时的调制频率为齿轮的回转频 率，比所调制的啮合频率要小得多。
齿距偏差：齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，如 左图中的大齿轮。
齿形误差： 渐开线齿廓 有误差，如 右图所示。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）装配不良：工作状态劣化。 图(a)：齿轮轴不平行时，会在齿宽方向只有一端接触， 或者出现齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在 齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动扭矩， 图(b)：齿的局部承受过大的载荷，有可能造成断齿。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（3）润滑不良： 对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局部过
热，造成色变、胶合等故障。 导致润滑不良的原因是多方面的，如：油路堵
塞、喷油孔堵塞，润滑油中进水、润滑油变质、 油温过高等都会造成齿面润滑不良。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（4）超载 对于工作负荷不平稳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ齿轮驱动装置(例如矿石破
（1）均匀磨损
齿轮均匀磨损是 指由于齿轮的材料、 润滑等方面的原因或 者长期在高负荷下工 作造成大部分齿面磨 损。
时域特征：正弦波 的啮合波形遭到破坏
第九章 齿轮常见故障与诊断
频域特征：齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分
量n倍频在频谱图上的位置保持不变，但其幅值大小
发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。分析时， 要分析三个以上谐波的幅值变化才能从频谱上检测出 这种特征。
正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的 衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波 形。 （2）频域特征
正常齿轮的信号反映在功率谱上，有啮合频 率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高 次谐波依次减小；在低频处有齿轮轴旋转频率及 其高次谐波。
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、故障情况下振动信号的时域特征与频域特征
随着磨损的加剧，还有可能产生分数谐波，有时在 升降速时还会出现呈非线性振动的跳跃现象。
第九章 齿轮常见故障与诊断
故障实例
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）齿轮偏心 齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，
这种故障往往是由于加工造成的。 时域特征：当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮
存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制， 产生调幅振动。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（1）幅值调制 幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的影响而
造成的。幅值调制从数学上看，相当于两个信号在时域 上相乘；而在频域上，相当于两个信号的卷积。
载波信号频率相对来说较高；调制信号频率相对于载 波频率来说较低。在齿轮信号中，啮合频率成分通常是 载波成分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。
以若以一对齿轮作为研究对象，则该齿轮副可以 看作一个振动系统。
齿轮的振动主要是由k(t)
的这种周期变化引起的。
k(t) 为周期性的变量：一
是随着啮合点位置而变化， 二是参加啮合的齿数在变 化。
第九章 齿轮常见故障与诊断
从一个齿轮开始啮合到下一个齿轮进入啮合， 齿轮的啮合刚度就变化一次，由此可以计算出齿轮 的啮合周期及频率。
碎机、采掘机等)，经常会出现过载现象，如果没有 适当的保护措施，就会造成轮齿过载断裂，或者长 期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。 （5）操作失误
操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，都 会造成齿轮损伤、损坏。
第九章 齿轮常见故障与诊断
二、齿轮的振动机理
1、齿轮的力学模型分析 齿轮具有一定的质量，轮齿可看作是弹簧，所
设备状态监测与故障诊断 技术及应用
课程回顾：
往复机械故障特点及影响因素 气阀故障原因及信号特征 敲缸故障原理及信号特征 拉缸故障原理及信号特征 管网振动故障原理及信号特征
第九章 齿轮常见故障与诊断
本章重点： 1、齿轮故障形式、形成原因及振动机理 2、正常齿轮的时域与频域特征 3、齿轮均匀磨损的时域与频域特征 4、齿轮偏心的时域与频域特征 5、齿轮不同轴的时域与频域特征 6、齿轮局部异常的时域与频域特征 7、齿距误差的时域与频域特征 8、不平衡齿轮的时域与频域特征
齿轮啮合刚度的变化频率称为啮合频率。
啮合频率fc：
fc
n1 60
Z1
n2 60
Z2
式中：n1、n2主、从动轮转速，Z1、Z2主、从动轮 的齿数。
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、幅值调制与频率调制 齿轮振动信号的调制现象中包含有很多故障信
息，从频域上看，信号调制的结果是使齿轮啮合 频率周围出现边频带成分。
第九章 齿轮常见故障与诊断
对于齿轮传动，任何导致产生幅值调制的因素也同时 会导致频率调制。两种调制总是同时存在的。对于质量 较小的齿轮副，频率调制现象尤为突出。
频率调制即使在载波信号和调制信号均为单一频率成 分的情况下，也会形成很多边频成分。
第九章 齿轮常见故障与诊断
三、齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法 当边频带的间隔（故障频率）小于分辨率时，就分析
第九章 齿轮常见故障与诊断
一组频率间隔较大的脉冲函数和一组频率间隔较 小的脉冲函数的卷积，在频谱上就形成若干组围绕 啮合频率及其倍频成分两侧的边频族。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）频率调制
齿轮载荷不均匀、齿距不均匀及故障造成的 载荷波动，除了对振动幅值产生影响外，同时也 必然产生扭矩波动，使齿轮转速产生波动。这种 波动表现在振动上即为频率调制(也可以认为是相 位调制)。
故障齿轮
第九章 齿轮常见故障与诊断
一、齿轮故障的常见形式与原因
1. 齿轮故障的常见形式： (1)齿面磨损 (2)齿面胶合和擦伤 (3)齿面接触疲劳 (4)弯曲疲劳与断齿
第九章 齿轮常见故障与诊断
2. 主要原因： (1) 制造误差:偏心、齿距偏差和齿形误差等。 偏心:齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重 合，如左图中的小轮。
不出齿轮的故障，可采用频率细化技术提高分辨率。
第九章 齿轮常见故障与诊断
倒频谱能够明显 地显示出功率谱上 的周期成分，将原 来成族的边频带谱 线简化为单根谱线， 便于观察。可由此 检测出齿轮故障时 振动频谱中的等间 隔边频带。
第九章 齿轮常见故障与诊断
四、齿轮常见故障信号特征与精密诊断 1、正常齿轮的时域特征与频域特征 （1）时域特征
第九章 齿轮常见故障与诊断
频域特征：齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个 方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加 脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动， 从而导致调幅现象，这时的调制频率为齿轮的回转频 率，比所调制的啮合频率要小得多。
齿距偏差：齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，如 左图中的大齿轮。
齿形误差： 渐开线齿廓 有误差，如 右图所示。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）装配不良：工作状态劣化。 图(a)：齿轮轴不平行时，会在齿宽方向只有一端接触， 或者出现齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在 齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动扭矩， 图(b)：齿的局部承受过大的载荷，有可能造成断齿。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（3）润滑不良： 对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局部过
热，造成色变、胶合等故障。 导致润滑不良的原因是多方面的，如：油路堵
塞、喷油孔堵塞，润滑油中进水、润滑油变质、 油温过高等都会造成齿面润滑不良。
第九章 齿轮常见故障与诊断
（4）超载 对于工作负荷不平稳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ齿轮驱动装置(例如矿石破
（1）均匀磨损
齿轮均匀磨损是 指由于齿轮的材料、 润滑等方面的原因或 者长期在高负荷下工 作造成大部分齿面磨 损。
时域特征：正弦波 的啮合波形遭到破坏
第九章 齿轮常见故障与诊断
频域特征：齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分
量n倍频在频谱图上的位置保持不变，但其幅值大小
发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。分析时， 要分析三个以上谐波的幅值变化才能从频谱上检测出 这种特征。
正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的 衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波 形。 （2）频域特征
正常齿轮的信号反映在功率谱上，有啮合频 率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高 次谐波依次减小；在低频处有齿轮轴旋转频率及 其高次谐波。
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、故障情况下振动信号的时域特征与频域特征
随着磨损的加剧，还有可能产生分数谐波，有时在 升降速时还会出现呈非线性振动的跳跃现象。
第九章 齿轮常见故障与诊断
故障实例
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）齿轮偏心 齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，
这种故障往往是由于加工造成的。 时域特征：当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮
存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制， 产生调幅振动。