齒輪箱偏心故障診斷案例

齒輪箱是機械傳動中應用非常廣泛的一種通用部件，一般由若干組齒輪、軸、軸承、聯軸器、潤滑裝置及箱體等部分組成，承擔著傳遞動力與運動的重任。在機器運行過程中，由於正常磨損與疲勞、設計不當、製造裝配的誤差、維護保養不善以及操作失誤等原因均能導致故障的產生，其中以軸系、齒輪等較易失效。一般情況下，當齒輪箱發生某些故障時，故障的特徵頻率的諧波會大量出現，同時其周邊會存在許多邊頻帶，利用振動信號的邊帶特徵，可以對齒輪箱某些故障進行有效診斷。

1、調製原理

在齒輪箱的振動頻譜中，常見到特徵頻率或其高階諧頻附近存在一些等間距的頻率成分，這些頻率成分稱為邊頻帶。邊頻帶的產生主要與振動信號被調製有關，調製在數學上可分為幅值調製、頻率調製和相位調製。

幅值調製從數學上看，相當於兩個信號在時域相乘，在頻域上，相當於兩個信號的卷積。這兩個信號，頻率相對較高的，稱為載波，而另外一個頻率相對較低的，稱為調製波。在齒輪箱振動信號中，高的特徵頻率是載波成分，齒輪軸上的旋轉的故障頻率成分通常是調製波成分。以最簡單的情況為例，設高的載波信號為

2、應用實例

2．1設備故障介紹及測試方案選擇

圖1為某設備傳動簡圖，最近發現在高速過程中齒輪箱的振動較大，出現故障特徵。為找到故障產生的原因，需要對存在故障的齒輪箱進行振動測試研究。該齒輪箱內齒輪為單向斜齒嚙合。加速度感測器布置在輸入軸和輸出軸的軸承部位。測試感測器共用了4個，1號測點為輸入軸水平徑向，2、3號測點為輸出軸水平徑向。4號測點為軸向。具體測試系統示意如圖2所示。

為分析方便，需分別對齒輪箱各軸的轉頻及嚙合頻率進行計算，計算結果如表1所示。

2．2振動故障信號分析

從所測試的4個通道中，找出典型的特徵時域信號進行分析。4個通道中的加速度振動信號具有故障特徵的振動信號是一軸測點一水平徑向所採集到的振動信號，截取一段該段信號如圖3所示。圖3為可以看出齒輪箱存在很明顯的幅值調製現象。且每個波峰的間隔大約為0．46 s，即為21．74 Hz，因為一軸轉頻為22．05 Hz，故可認為此即為一軸轉頻。

為進行更為準確的判斷，對圖3信號進行頻譜分析，得幅頻譜如圖4所示。圖4中，分別用標號1、2、3和4標出了4個特徵點。由圖4可知圖上點3(3516，0．6739)所對應的頻率為一軸上的特徵頻率，在其兩邊有等距的轉頻邊帶產生，2(3494，0．1851)、3(3516，0．6739)、4(3538，0．1834)三點間距為22 Hz。按照齒輪箱故障調製理論，在齒輪軸具有偏心故障時，在某一特徵頻率旁，通常會帶有轉速頻率的邊帶。

綜合上述情況，判斷一軸上的齒輪存在偏心或軸存在偏心。故障應具有不對中特徵。

按照檢查先易後難的原則，進行故障部位判斷。先檢查電機軸上的碼盤裝配情況。檢查發現，電機軸與碼盤間的花鍵聯結不好，工作時與花鍵軸聯結的碼盤相對電機軸存在偏心。將碼盤重新對中固定後，高速軋制時強烈的振動消除，齒輪箱運行工況正常。圖5為檢修後1測點振動信號的頻譜圖，為具有可比性，將圖4和圖5採用等高度的縱坐標。圖5顯示齒輪箱故障消除後，特徵頻率幅值大幅減小，邊帶消失，並且該特徵頻率的頻率值也發生變化。

振動診斷
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