2012版齿轮箱故障诊断案例
齿轮箱故障诊断案例-西安交大
时域
自功率谱
请老师和同学们批评指正！ 请老师和同学们批评指正！
2、典型故障特征 、
轴不对中： 轴不对中： 调制频率的2倍频幅值最大 倍频幅值最大； 调制频率的 倍频幅值最大； 齿面剥落等集中性故障： 齿面剥落等集中性故障： 边带的阶数多而分散； 边带的阶数多而分散； 齿面点蚀等分布性故障： 齿面点蚀等分布性故障： 边带阶数少而集中； 边带阶数少而集中； 轴承故障： 轴承故障： 齿轮啮合频率的振幅迅速升高， 齿轮啮合频率的振幅迅速升高，边频的分布和幅值并 无变化。 无变化。
齿轮箱故障诊断探讨
汇报人：西安交大 班级：硕1005班 系所：机械电子工程研究所
齿轮箱故障诊断探讨
齿轮箱故障机理 典型故障特征 故障分析过程(of 故障分析过程(of me) 分析结果
2
1、齿轮箱故障机理 、
1、齿轮箱故障机理 、
齿轮箱中存在大量的调幅和调频现象，有 以下几种： 齿轮啮合频率调制 齿轮固有频率调制 齿轮箱体固有频率调制 轴承外环固有频谱调制
3、故障分析过程(of me) 、故障分析过程(of
原始信号vs自相关信号 原始信号 自相关信号
幅值频谱vs自功率谱 幅值频谱 自功率谱
放大自功率谱 倒频谱 去除直流周期分量的倒频谱
emd经验模式分解 模式分量频谱 模式分量包络谱 经验模式分解+模式分量频谱 经验模式分解 模式分量频谱+模式分量包络谱
该组合方法分析流ห้องสมุดไป่ตู้图
1 3
2 4
传感器安装位置
啮合频率
实验测试齿轮箱上各轴承特征频率
分析知： 分析知： 调制啮合频率及倍频下的频率2.5Hz接近于轴 的回转频率， 接近于轴3 调制啮合频率及倍频下的频率 接近于轴 的回转频率， 可见故障出现在轴3，再观察时域信号和自功率谱， 可见故障出现在轴 ，再观察时域信号和自功率谱，结合典 型故障特征，推知， 最有可能断齿。 型故障特征，推知，轴3最有可能断齿。减速箱齿轮还有均 最有可能断齿 减速箱齿轮还有均 匀磨损故障（啮合频率及其谐波的幅值明显增大 幅值明显增大）。 匀磨损故障（啮合频率及其谐波的幅值明显增大）。
(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。
基于油液分析的齿轮箱进水故障诊断
铬 （ｒ ｃ）
００ ２ ． ５
铅 （ｂ Ｐ）
１ ０ ．２ ３
铜 （ ｕ Ｃ）
２９ ４ ． ９
钠 （ ） Ｎａ
１ ３５ ０． ６
镁 （ ） Ｍｇ
ｌ ．８ ４１３
６ ２ 月 日
２． ２ ８０ ４
０１７ ８
９６ ９ ． ５
４ ３ ０３ ２
齿轮 箱是许 多机械 的变速 传动部 件。齿轮 箱的 运
行是 否正常对整台机器或机组 的工作有较大影响 。设计
不当，制造不 良和维护、操作 不善是 引起齿轮箱故障的
主要原因 。因此 ，提 高齿轮箱运行的可靠性 就要提高运
油液 中含 有各种化学元素 ，它们来源于由相应材料制成 的零 件。机械润滑油 中含有的各种元素与相应来源对 照
另外 ，在 油液 中是 不允 许有水 分存在 的 ，如 果混 进水分 ，会导致油膜强度降低 ，产生泡沫或发生乳化 ； 也 会使某些添加剂分解沉 淀、降低甚至失效 。如果润滑 油中一旦发现有盐分和水分存在 ，就说 明有海水浸入 ，
障 ，电动机 的额定转 速是 ２９ ０／ ｎ ７ｒ ｍｉ ，齿轮 箱９０ ９
红外光谱仪可以快速测定使用 油液 氧化 、变质与污染情 况 。油液 中的分 子结 构对 特 定波长 的红 外线 有相 应 的 吸收 率 ，吸收的程度与油液 中这种 结构分子的数量成正 比。检测 时 ，用红外线照射油样 ，红外 线的波长扫描 由 专 用设 备完 成 ，检测 探头 检测 透过 的红 外线 强度 ，并 将其转换 成与油样成分 、含量相对应 的电压值。 由此可
行 了有效的诊断 。下面举具体实例来说明。
（）原子发射光谱分析 ｏｌ １ ｉＭ原子发射光谱仪是 — 利用原子发射光谱技术测定润滑油中各种金属元素浓度
齿轮传动系统故障处理实例
齿轮传动系统故障处理实例全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：齿轮传动系统是机械设备中常见的传动方式，通过齿轮的啮合实现动力的传递和转动的变速。
在使用过程中，由于各种原因，齿轮传动系统可能会出现故障，影响设备的正常运行。
下面将结合实际案例，探讨齿轮传动系统故障处理的方法。
故障一：齿轮传动系统异响某工厂的生产线上，一台齿轮传动系统的设备突然出现了明显的异响声，工作人员发现设备的转速明显下降。
经过检查发现，此问题是由于齿轮啮合处的润滑不足引起的。
解决方法：1. 首先停止设备运行，确保齿轮处于停止状态。
2. 清除齿轮啮合处的积聚物，包括灰尘、油污等。
3. 对齿轮传动系统进行润滑，添加适量的润滑油或润滑脂。
4. 检查齿轮的啮合情况，确保齿轮的啮合角度正确，齿轮没有损伤。
5. 重新启动设备，进行试运行，听取异响情况。
某机械设备的齿轮传动系统在运行过程中出现了卡滞现象，设备无法正常转动，影响生产进度。
某车间的设备的齿轮传动系统发现漏油现象，导致设备运行时油液不足，影响设备的正常工作。
解决方法：1. 停止设备运行，确定漏油位置及漏油原因。
2. 检查齿轮传动系统的密封件，查看密封件是否损坏或老化。
3. 更换密封件，确保密封件的密封性能正常。
4. 检查润滑系统的管路和油路，查看是否存在堵塞或损坏。
5. 补充润滑油，确保润滑系统正常供油。
以上是关于齿轮传动系统故障处理的实例及解决方法，希望对大家有所帮助。
在日常的设备维护过程中，及时发现并处理齿轮传动系统的故障是保证设备正常运行的关键。
定期对齿轮传动系统进行检查和维护，可以延长设备的使用寿命，提高设备工作效率，保障生产线的稳定运行。
第二篇示例：齿轮传动系统是工程领域中常用的一种传动方式，它通过两个或多个齿轮的啮合来传递动力。
由于齿轮传动系统在长时间的工作中会受到各种外部因素的影响，因此经常会出现各种故障。
本文将通过一个实际案例，介绍齿轮传动系统故障的处理方法。
故障描述：某工厂的生产线上使用了一台齿轮传动系统驱动设备，发现在运行过程中出现了明显的噪音和振动，导致设备运行不稳定，影响了正常的生产。
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
机械故障诊断技术8齿轮箱故障诊断课件
范围为0~20kHz，频率间隔
为50Hz，能观察到啮合频率
图8－8 用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边频带
为4.3kHz及其二次三次谐波•机械，故障诊断技术8齿轮箱故障诊断
•11
图8—8b的频率范围为3.5～13.5kHz，频率间隔为5Hz，能观察到 很多边频带，但仍很难分辨出边频带。图8—8c的频率范围进一步细化 为7.5～9.5kHz，频率间隔不变，可分辨出边频带，但还有点乱。若进 行倒频谱分析，如图8－8d所示，能很清楚地表明对应于两个齿轮副的 旋转频率（85Hz和50Hz）的两个倒频分量（Ai和Bi）。
图8－4 某齿轮箱的功率谱
•机械故障诊断技术8齿轮箱故障诊断 Nhomakorabea•7
图8—4为某齿轮箱的功率谱，分别用两种坐标绘出，无疑使用线性
二．边频带分析法（1）
边频带成分包含
有丰富的齿轮故障信
息，要提取边频带信
息，在频谱分析时必
须有足够高的频率分
辨率。当边频带谱线
的间隔小于频率分辨
率时，或谱线间隔不
均匀，都阻碍边频带
0
100 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）幅值
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（34.60•机3械H故z障）诊断基技本术8一齿轮致箱故。障诊断
•17
诊断结论：
• 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。
齿轮常见故障类型及诊断方法
的应力集中， 交变载荷易使根部产生裂纹最终导致 断裂 ， 裂纹的扩展可以是沿横向的， 也可以是沿斜线 向上 的… 。因此 ， 裂 形 式 可 能是 齿 根 ， 可 能 是 断 也
齿顶 部分 ， 如图 １ 示 。 所
图 ２ 齿 的磨 损 与点 蚀
４ 实例分析
图 ５为齿轮箱实测频谱图， ５ 为修理前的频 图 ａ 谱， 可以看 出， 在各阶啮合频率 附近均有明显的边
带， 且总 的振动 量级 均较 高 ； ５ 图 ｂ是修理后 的结 果 ，
部放大， 用来判断或读出故障的特征信息 。
细化谱边频诊断故障一般从 ２方 面着手 ： １ （）
利用 边带 的对 称性 ， 出 ±ｎ （ 找 ｎ＝１ ２ … ） ， ， 的频
率关 系 ， 确定 是否 成 为一 组 边带 ， 如果 是 边 带 ， 可 则
知道啮合频率 和调制信号频率 ； ２ 比较 各次 （）
测量中边带幅值变化 的趋 势。由此 ２点 ， 就可判断
故 障 的类 型 和故 障发 展 的程 度 。
磨损的因索 ， 故齿轮磨损后齿的几何形状 、 厚度均产
１ 常见故 障类型 和失效 比例
１ 齿的断裂 ， ） 故障比例为 ４ ％ ； １ ２ 齿 面疲 劳 （ ） 点蚀 、 落等 ） 失效 比例 为 ３％ ； 剥 ， １
３ 齿 面划 痕 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０ ４ 齿 面磨 损 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０
中图 分 类 号 ：Ｈ１２ Ｔ ３
在齿 轮箱 的诊 断 中 ， 几乎 涉 及 了旋转 机 械 中 大
疲 劳 和 过 负荷 断 裂从 本 质上 说 是 由 于设 计 、 制 造 、 配不 良而 引 起 的轴 系 共振 、 的弯 曲 、 装 轴 系统 速 度 的急 剧 变化 、 不平 衡载 荷等原 因造成 的 。
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
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。
(完整版)基于SVM的齿轮箱轴承故障诊断(含matlab程序)
基于支持向量机（SVM）的齿轮箱轴承故障识别一、轴承故障诊断1、概述轴承是旋转设备的一个重要部件，它提供重要的负载承受能力，以支撑转子系统抵抗静态的和动态的外力。
轴承构件，由于它的使用寿命长、负载能力高、能量损失低而被广泛应用于工业和公用设施，是大型机械装备(包括动力机械、机车车辆、泵与风机等)中的关键部件。
高速运转的大型机械装备，其轴承的载荷重且为交变载荷，而且工作环境恶劣，经常发生轴承性能劣化和损坏，影响整个装置的安全可靠性，一旦出现故障将导致严重的损失，有必要对轴承工作状态进行模式识别与诊断。
轴承根据工作的摩擦性质不同可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。
本文所测得的数据来自实验室齿轮箱的滑动轴承，滑动轴承的特点有：(1)在高速重载下能正常工作，寿命长。
(2)精度高。
(3)滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊结构的需要。
(4)液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收震动，缓和冲击。
(5)滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小。
(6)起动摩擦阻力较大。
通过对轴承进行故障诊断有以下优势：(1)早期预报、防止事故发生，降低事故发生率;(2)预知性维修，提高设备管理水平，降低维修费用，减少维修时间，增加运行时间;(3)提高设备的设计、制造水平，改进产品质量;(4)确定复杂机器的最佳工作参数，提高效率;(5)降低噪声，泄露等污染，保护环境。
2、滑动轴承失效形式（1）磨粒磨损进入轴承间隙的硬颗粒（如灰尘、砂粒等），在起动、停车或轴颈与轴承发生边缘接触时，都将加剧轴承磨损，导致几何形状改变、精度丧失，轴承间隙加大，使轴承性能在预期寿命前急剧恶化。
（2）刮伤进入轴承间隙中的硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承上划出线状伤痕，导致轴承因刮伤失效。
（3）咬合（胶合）当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，或在润滑油供应不足条件下，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏。
风电齿轮箱故障诊断实例分析.pdf
制造业信息化MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP风电齿轮箱故障诊断实例分析肖洪波，刘松松（沈阳鼓风机集团风电有限公司，沈阳110869）摘要：介绍了以齿轮箱振动分析为主要手段的风电齿轮箱故障诊断方法，并通过齿面接触磨损分析和齿轮箱润滑油液分析等辅助手段，对风电齿轮箱的故障点进行分析诊断。
并以某风电厂某台风力发电机组的齿轮箱故障诊断为例，对风电齿轮箱故障诊断方法进行实例分析。
关键词：风电齿轮箱；振动分析；故障诊断中图分类号：T H 132.41文献标志码：A0引言风力发电机组多安装在环境恶劣的高山、荒野、海滩等风资源较优地区，常年经受无规律的变负荷变向风力作用、阵风的冲击，以及严寒酷暑、盐雾等的影响，致使风力发电机组经常出现故障。
风电机组的常见故障类型包括电气系统故障、传感器和叶片/变桨装置故障、齿轮箱故障等。
据统计，我国风场齿轮箱损坏率高达40%～50%，是机组中故障率最高的部件，也是引起风电机组停机的最主要原因［1］，因此，在齿轮箱故障早期进行齿轮箱状态检测，并以此进行故障诊断和分析，可以在早期对故障进行有效诊断，有利于减少维修时间和降低由于齿轮箱故障引起的经济损失，对提高风电场的经济效益和安全性具有重大意义。
1 齿轮箱故障诊断的一般方法以机械故障诊断的测试手段来分类，主要的故障诊断方法有直接观察法、振动和噪声检测法、无损检测法、磨损残余物检测法、机械性能参数检测法等。
其中最常用的是振动检测法［2］。
我们在实例分析齿轮箱故障时使用的齿轮箱故障诊断方法是以振动检测为主，辅助以直接观察法和磨损残余物检测法。
1.1 齿轮箱故障分析内容一般情况下，对齿轮箱故障分析主要从以下几个方面开展：1）振动分析；2）齿面接触磨损分析；3）齿轮箱润滑油液分析。
1.2 齿轮箱振动检测点布置在风电场现场对齿轮箱进行故障诊断时，通常按图 1 一级齿圈高速轴轴高速轴径径向测点向测点向测点发电机驱动端径向测点扭矩臂轴向测点图1振动传感器布置图文章编号：1002－2333（2014）04－0152－04位置布置高速采集振动传感器。
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℃。
齿轮故障监测与诊断XXXX1010
4.2 调制效应产生的边频带
1) 幅值调制
齿轮振动信号的频谱上边频带的形成机理
4.2 调制效应产生的边频带
1) 幅值调制
齿轮缺陷分布对边频带的影响
4.2 调制效应产生的边频带
2) 频率调制
•频率调制可以认为是相位调制，相当于载 波信号受到调制信号的调制作用而变成宽频 信号。 •齿轮转速产生波动，表现在振动上为频率 调制。
一个称为调制波，频率较低→齿轮回转频率
4.2 调制效应产生的边频带
1) 幅值调制
设：齿轮啮合振动分量为：
齿轮轴的转频信号为：
4.2 调制效应产生的边频带
1) 幅值调制
则：幅值调制后的振动信号为 ：
式中：A—振幅；B—调制指数； fr—调制频率。
4.2 调制效应产生的边频带
1) 幅值调制
在频域中可表示为：动方向和改 变运动形式等功能。 • 齿轮传动装置是机械设备中必不可少的连 接和传递动力的通用零部件。 • 齿轮失效是诱发设备故障的重要因素。
1.2 齿轮故障诊断的发展与现状 • 齿轮箱故障诊断技术是当前国内外热门的研
究课题之一。
• 20世纪70年代初出现一些简单的齿轮箱故 障诊断技术，仅限于测量分析一些简单的振 动参数，例如：振动峰值、均方根值等，通 过观察这些参数的变化来掌握齿轮的运行状 态。
1
2
z2 z1
两个相啮合的齿轮按此 关系匀速地回转
3.3 齿轮振动影响因素
2）齿轮传动误差
• 实际齿轮不是绝对刚性的，同时由于如齿轮制造误 差、齿面温升、磨损等各种因素的影响，相啮合的
两个齿轮相对角速度不均匀，从动轮产生角加速度。
上述转角关系应修正为：
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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随着新能源风力发电的不断发展，风力发电机组的齿轮箱作为其核心零部件之一，承担着将风轮转动的动能转化为发电机转子转动的机械传动功能。
由于其运行环境极端恶劣，齿轮箱故障难免会产生。
对风力发电机组齿轮箱故障的及时诊断和处理显得尤为重要。
一、齿轮箱故障的种类及常见症状1. 齿轮断裂齿轮断裂是齿轮箱故障的一种严重情况，通常表现为机组噪音突然增大、振动加剧、发电功率下降等。
受损齿轮的微小金属屑也有可能进入油路，导致润滑油污染。
2. 轴承损坏风力发电机组齿轮箱内的轴承如果出现损坏，通常会产生异常的噪音和振动。
而且，轴承损坏可能导致润滑油泄漏，引发机组运行温度异常升高。
4. 油泵故障齿轮箱油泵故障会导致润滑油不足或者无法正常循环，进而引发齿轮箱内部零部件的摩擦增大和磨损加剧。
二、齿轮箱故障的诊断方法1. 振动分析通过振动传感器对齿轮箱振动进行监测分析，可以判断齿轮或轴承是否存在异常磨损或损伤，确定故障发生的位置和程度。
2. 声音分析利用专业的声音分析仪器，对齿轮箱的运行噪音进行监测分析，可以判断齿轮箱内部是否存在异常摩擦和磨损情况。
3. 润滑油分析定期对齿轮箱润滑油进行取样分析，检测其中的金属屑和其他杂质，以确定齿轮箱内部的磨损情况。
4. 热点监测通过红外热像仪对齿轮箱内部温度分布进行监测分析，可以判断是否存在润滑问题或其他故障引起的过热情况。
5. 油压监测对齿轮箱润滑系统的油压进行监测分析，可以判断油泵是否正常工作以及润滑系统是否存在泄漏等问题。
1. 及时更换受损部件对于齿轮箱内部出现的齿轮断裂、轴承损坏等严重故障，必须及时更换受损部件，以避免故障进一步扩大。
2. 加强润滑管理合理选择润滑油，加强对齿轮箱润滑系统的监测和管理，确保润滑油的质量和供应充足，维护齿轮箱内部的良好润滑状态。
3. 提高维护保养水平加强对齿轮箱的定期检查和维护保养，及时发现和处理存在的问题，延长齿轮箱的使用寿命。
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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
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
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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
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。
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。
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。
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
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？
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
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。
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。
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。