2012版齿轮箱故障诊断案例

作业 1 常见的齿轮的失效形式有哪些？ 2 齿轮故障诊断方法有哪些？ 3 应用功率谱分析齿轮故障时，频率轴横坐标采取线性 坐标还是对数坐标比较好？为什么？ 4 齿轮的特征频率计算公式是什么？ 5 描述调制现象和边频带产生的原因。 6 功率谱分析在齿轮故障诊断中的作用如何？ 7 边频带分析一般从哪两方面进行？ 8 为方便故障诊断时的判别，频率哉上的故障特征归类 有哪些？
1416.0
1401
0.40
15
1.07
90
Z3/Z4啮合频率6倍频
分析：时域图形有冲击现象，但是图8－14的频域图形中轴频并 不高，Z3/Z4齿轮的啮合频率出现了多次谐波，其3倍频达到了 7.80m/s2。边频窄，判断为齿轮点蚀。
例3：
2006年4月，宣化钢铁公司棒材厂16#轧机齿轮箱的振动出现异常 。查看在线监测故障诊断系统的频谱图（图8－15、图8－16）和特征 频率表8－3特征频率表8－4。
图8－12
图8－13
例2： 2006年4月，宣化钢铁公司棒材厂10#轧机齿轮箱的振 动有点异常。查看在线监测故障诊断系统的4月23日的频 谱图（图8－14）和特征频率表。
图8 －14 10#轧机200604231200输出端频域图形
特征频率表
特征频率表8－2
故 障 信 计 算 特 绝 对 序 相对误 可 信 号 频 率 征 频 率 振幅 误 差 号 差% 度% (Hz) （Hz） （Hz） 1 236.3 233.5 1.72 2.8 1.20 90 2 472.7 467 0.46 5.7 1.22 90
相对 可信度 故障部位及性质分 误 差% % 析
0 0.085 0 0 100 100 100 100 Z5/Z6啮合频率－ 锥箱II轴转频 Z5/Z6啮合频率 Z5/Z6啮合频率＋ 锥箱II轴转频 2倍Z5/Z6啮合频率
由特征频率表可见，22架辊箱的Z5/Z6啮合频率 （1072.6Hz=34.603HzX31齿），振幅在9月14日为1.71m/s2，其两侧 有较宽的边频带，间隔为35.085Hz，与锥箱II轴的转频（34.603 Hz ）基本一致。
齿轮故障诊断案例
例1：
宣龙高速线材公司2006年9月，发现精轧22# 轧机辊箱振动增大。图8-10是传动系统图。
9月14日的频谱图
调出这一期间的在线监测与故障诊断系统的趋势图和频谱图。在 9月14日的频谱图上明显看到Z5/Z6的啮合频率谱线。见图8－11。
图8－11 9月14日的振动频谱图
特征频率表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
特征频率表8－4
中心频率Hz 边频Hz 644.5 673.8 628.9 687.5 617.2 701.2 差值Hz 13.7 15.6 29.3 29.3 41 43 特征频率Hz 性质分析 一次边频 一次边频 二次边频 二次边频 三次边频 三次边频
658.2
14.3（II轴轴频）
由图8－15可以看到Z3/Z4齿轮的啮合频率出现了3倍频，并有多次谐 波，最大振幅达到了12.95m/s2，基频边上出现了许多边频，为II轴轴承 频率，II轴轴频14.3Hz在振动幅值0.24 m/s2。在齿轮啮合频率（基频和 倍频）边上出现边频（II轴轴频），这意味这齿轮有隐患。
特征频率表8－1（22#轧机 转速为1047r/min，谱图数据）
序 号
1 2 3 4
绝对误差 故 障 信 号 计算特征 振幅 频率 (Hz) 频率 (Hz) （Hz）
1037.598 1072.683 1105.957 2143.555 1037.593 1071.773 1105.953 2143.546 1.281 1.711 0.946 1.962 0.005 0.91 0.004 0.009
3. 建议厂方立即对22架锥箱II轴上的齿轮Z5（31齿）进行检 查。
事后复核
厂方于2006年11月份对拆卸下的精轧22架进行检查，发现辊箱II轴 上Z5(31齿)齿轮的轮齿已破损（见图8-12和图8-13），与诊断分析结 论相符。 当时厂方曾进一步问过：估计是什么性质的故障，能否继续生产 ？因为除了初期（9月14日及以后几天）边频带较宽，后期边频带有所 收窄，加上振幅并不很高。所以判定为出现较严重的斑剥。在工程上 ，齿轮出现点蚀、斑剥，厂方都会选择继续使用。整个10月都看着振 幅缓慢上升，直到11月份，换轧钢品种，才停产检查。因为是斜齿轮 的缘故，所以振幅没有像直齿轮那样大。
诊断小结
当齿轮啮合频率处及两边边频的振幅突现升高的情况 下，有两种可能的故障：齿轮故障、轴承故障。要区别这 两种故障，需看轴转频的振幅是否有升高，轴转频的振幅 升高，意味着轴承故障。齿轮轴转频的振幅升高是由于轴 承出现故障，轴芯空间位置不稳定所造成当轴转频的振幅 先升后降，降低时意味着轴承可能已经出现解体。16#的 II轴Z3/Z4齿轮可能存在严重磨损。
图8－16 16#轧机2006004230300细化后的频域图形
特征频率表
特征频率表8－3
序 号 1 2 3 故障信 号频率 （Hz） 658.2 1318.4 1976.6 计算特征 频 率 振幅 （Hz） 657.8 12.95 1315.6 10.55 1973.4 3.74 绝对误 差（ Hz ） 0.4 2.8 3.2 相对误 可 信 故障部位及性质分析 差% 度% 0.06 0.21 0.16 100 100 100 Z3/Z4啮合频率 Z3/Z4啮合频率2倍频 Z3/Z4啮合频率3倍频
诊断结论：
1. 从图8－11的频谱图上可看出，22#辊箱Z5/Z6啮合频率幅 值比较突出且有上升趋势，在其两侧有边频出现，边频间 隔分别为35.085 Hz，与锥箱II轴的转频（34.603 Hz）基 本一致，说明22锥箱 II轴上的齿轮存在故障隐患。 2. 从图8－11的时域波形中可以看出有轻微的周期性冲击信 号，冲击周期为0.028S，相应频率为(1/0.028=35.71Hz) ，正好为22架锥箱II轴的转频(36.85 Hz)一致，这表明问 题就出在22架锥箱II轴的齿轮上。
故障部位及性质分析
Z3/Z4啮合频率 Z3/Z4啮合频率2倍频
3
4 5
707.0
943.4 1179.7
700.5
934 1167.5
7.80
0.66 1.15
6.5
9.4 12.2
0.93
1.00 1.04
100
90 90
Z3/Z4啮合频率3倍频
Z3/Z4啮合频率4倍频 Z3/Z4啮合频率5倍频
6