齿轮问题故障诊断.ppt

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1、机械设备故障诊断技术----齿轮故障诊断北京科技大学机械工程学院黎敏阳建宏2021/9/29齿轮传动的特点齿轮的分类齿轮的啮合过程齿轮故障诊断齿轮传动的基本知识齿轮振动的机理齿轮的故障诊断技术实测案例分析齿轮传动的基本知识概述齿轮故障诊断概述在现代机械中，要求齿轮在高速、重载等工况下工作，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10.3%左右从1956年至1986年，在美国导致人员伤亡或飞机损坏的直升机重大飞行事故中，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

2、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%齿轮传动的特点齿轮故障诊断概述作用：传递扭矩、改变转速优点：结构紧凑、传动比精确、传动效率高缺点：制造、安装精度要求较高；不适于中心距较大的两轴间传动；使用维护费用较高；精度低时、噪音、振动较大M1M2N1个齿N2个齿N1.M1=N2.M2M1M2N1N2=齿轮传动的基本知识齿轮传动的分类按装置形式分开式：没有防护罩，用于低速非重要场合半开式：有简单的防护罩，常用于农业机械、建筑机械闭式：装在封闭严密的箱体内，常用于汽车、航空齿轮故障诊断概述打谷机齿轮传动的基本知识减速机

3、直齿齿面的形成斜齿齿面的形成直齿：啮合过程不够稳定，啮合刚度变化斜齿：可以更好的完成齿和齿之间的传动，它的缺点是会在轴上产生一个轴向扭力人字齿：可以消除轴向的扭力，但是装配更困难。齿轮故障诊断概述齿轮传动的基本知识齿轮传动的分类按轮齿的不同类型分齿轮传动的分类按工作轴的相对位置分齿轮故障诊断概述齿轮传动的基本知识平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动齿轮的啮合过程----啮合点位置的变化齿轮传动的基本知识主动轮从动轮主动轮的齿根与从动轮的齿顶接触啮合开始主动轮的节点与从动轮的节点接触啮合中间主动轮的齿顶与从动轮的齿根接触啮

4、合结束主动轮从动轮齿轮的啮合过程----啮合齿数的变化齿轮传动的基本知识齿面受载变化齿轮刚度变化齿轮啮合齿数的变化啮合齿数212啮合的轮齿对数越多，传动越平稳，每个轮齿所承受的载荷越小齿轮的力学模型分析幅值调制与频率调制齿轮振动的其他成分齿轮故障诊断齿轮传动基本知识齿轮的振动机理齿轮的故障诊断技术实测案例分析齿轮传动的特点齿轮的分类齿轮的啮合过程齿轮的力学模型分析齿轮故障诊断齿轮的振动机理齿轮副力学模型振动方程为：齿面摩擦力在啮合线上齿轮的相对位移啮合刚度啮合阻尼当量质量齿轮受载后的平均静弹性变形由齿轮误差和故障造成两个齿轮间

5、的相对位移齿轮的力学模型分析齿轮故障诊断齿轮的振动机理若考虑齿面摩擦力为0齿轮的振动为自激振动为常规振动，由材料静变形引起的振动取决于齿轮故障情况齿轮的振动主要是由的周期变化引起的。齿面受载变化直齿轮斜齿轮齿轮的力学模型分析齿轮故障诊断齿轮的振动机理从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次。因此齿轮啮合刚度的变化频率----啮合频率齿轮刚度变化啮合齿数齿轮啮合齿数的变化212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举例说明带点蚀故障的齿轮的啮合

6、过程：齿轮的力学模型分析齿轮故障诊断齿轮的振动机理上节课内容复习什么是转频？转频表示每秒钟转过的圈数。例如：发生一个断齿，转速850r/min,转频f=14.2Hz1秒钟有14个冲击齿轮的力学模型分析幅值调制与频率调制齿轮振动的其他成分齿轮故障诊断齿轮传动基本知识齿轮的振动机理齿轮的故障诊断技术实测案例分析信号调制信号调制可以分为：幅值调制、频率调制tAtA幅值调制频率调制原因1：齿轮载荷不均匀、齿距不均匀及故障造成的载荷波动，会对振动幅值产生影响原因2：同时也产生扭矩波动，使齿轮转速发生变化，从而影响频率结构信号调制---调

7、幅齿轮啮合过程中，啮合频率及其各次谐波视为载波齿面点蚀、剥落引起的振动(周期出现)信号，视为调制波两者同时存在时，则会产生调制效应时域上表现为──相乘频域上表现为──卷积Question?载波：调制波：合成信号：啮合频率转频信号调制---调幅例：齿轮啮合振动信号：齿轮点蚀引起的振动信号:调幅后的振动信号为：调幅后的振动信号在频域表示为：fA信号调制---调幅齿轮振动的方程为：为载波信号，它包含有齿轮啮合频率及其倍频成分为调制信号，反映齿轮的误差和故障情况时域频域信号调制---调幅局部缺陷：齿轮每转一周产生一个脉冲激励，齿轮的啮

8、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。分布缺陷：指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。因此，它在频域中表现为在啮合频率两边产生了一簇幅值较高、起伏较大、分布较窄的边频带。局部缺陷，冲击历程短，频