齿轮箱故障分析与诊断策略！

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      本文由齿轮箱的应用，对齿轮箱的常见故障表现和诊断措施展开详尽的介绍，非常实用的经验总结，希望对你的工作和学习有所帮助。

　　一、齿轮箱的用途

　　齿轮箱的主要用途如下：

　　  · 它可以通过齿轮组来改变传递的速度，在工业上常常把它叫做“变速齿轮箱”;

　　  · 齿轮箱能变换转动力矩，也就是说，在功率一样的前提下，转速越大的齿轮，齿轮轴所受到的力矩反而越小，反过来则越大;

　　  · 齿轮箱用于动力的分配，在工业上，工作人员可用一台发动机，经由齿轮箱的主轴牵动若干个从轴，进而只要一台发动机就会牵引好几个负载;

　　  · 齿轮箱有离合功能，刹车离合器就是利用的齿轮箱离合功能，人们能自由地将两个相互啮合的齿轮分隔开来，进而把负载和发动机分裂开;

　　  · 变换传动方向，不妨采用两个扇形形态的齿轮把其中的力以垂直的方向有序地传导至另一侧的转动轴。

　　二、齿轮箱的典型失效故障的表现

　　经由对齿轮箱实际应用的分析，不难测定其故障。整个齿轮箱系统包含了轴承、齿轮、传动轴和箱体结构等部件，作为一类常用的机械动力系统，它在持续运动地同时，非常容易出现机械配件的故障，特别是轴承、齿轮和传动轴这三个零件，其他发生故障的几率明显比它们低。

　　齿轮执行任务时，因种种复杂的因素影响而缺乏工作的能力，功能参数的数值超越了允许的最大临界数值，这发生了典型的齿轮箱故障。其表现形式也五花八门，通观全局，其主要分为两大类：

　　  · 第一，是齿轮在日积月累的转动中逐渐产生的，因齿轮箱的外表面在承担相对大负载的过程中，互相啮合的齿轮的间隙中又会出现相对滚动力与滑动力，滑动时候的摩擦力与极点两端的方向刚好相反，久而久之，长期的机械运行会使齿轮胶合、出现裂隙、加大磨损的程度，齿轮断裂也就成为必然了。

　　  · 第二，是因工作人员不熟悉安全操作流程或者违背了作业规范与要求，在安装齿轮时出现疏忽，亦或是在起初制造中为故障的发生埋下了隐患，这一故障常常是因为内孔与齿轮的外部圆圈不在相同的圆心上，齿轮交互啮合时的形状存在误差和轴线分布不对称。

　　除此之外，在齿轮箱的每个配件中，轴也是会轻易出现闪失的一个零件，当有比较大的负载冲击轴时，轴就会迅速地发生形变，直接诱发齿轮箱的这一故障。当对齿轮箱的故障诊断时，形变程度各异的轴对于齿轮箱故障的影响效果是不一致的，当然其间也会有不一样的故障表现，所以说轴的扭曲变形也有重度和轻度之分。轴的失衡会带来故障，其原因如下：

　　  · 在负载大的环境下工作，久而久之形变也在所难免;

　　  · 轴本身在生产、制造和加工等诸多工艺流程中暴露出一系列缺陷，致使新铸就的轴会呈现严重失衡的情况。

　　三、齿轮箱故障诊断的策略

　　齿轮箱是齿轮与轴承共存的统一机械体，其因加工缺陷或者受到压力而产生的种种故障都值得关注，一般而言，通常采用以下几种方法：

　　01、倒频谱分析的办法
　　倒频谱分析也称二次频谱分析，是近代信号处理科学中的一项新技术。当机械信号的频谱图出现难以识别的多族调制边频时，倒频谱可以分解和识别故障频率，分析和诊断故障产生的原因。

　　针对于具备若干对的齿轮相互啮合的齿轮箱振动频谱图，因每一对齿轮啮合的时候会出现边频带，当个别的边频带交织集中分布时，只进行频率细化的识别分析是远远不够的，因倒频谱会把功率谱当中的谐波转变为倒频谱图里面的单根谱线，它的位置也就暗示着功率谱中相应的谐波频率相隔时段。
　　倒频谱的另一个显著优势是相对于传感器的信号传输路径或者测点方位反映不灵敏，对于频率的调控和振幅的数值间的关联不敏感，反过来有助于监测故障信号的大小，而未测量出某一个测点振幅的具体数值。

　　02、边频带分析办法
　　通常意义上，从两个方面分析边频带，一个是比照每一次测量过程中边频带振幅的变动范围;还有一个是借助于边频带频率的对称特性，查看具体的频率关系，确定是不是同一组的边频带，若是，则能顺着得出调制信号的频率数值和齿轮箱啮合的频率大小。

　　需要指出的是，齿轮的脱落、齿根上面的裂痕和个别断齿等个别故障会出现明显的瞬态调制，在啮合的方位及其两侧也会有一系列的边带，它们的特征主要是阶数比较稠密、谱线散乱。因高阶变频相互之间的层叠而导致边频的形状各不相同。若出现明显的局部故障还能促使谐波的成分及其转动的频率上升。

　　这里的边频带成分含有比较充足的齿轮箱故障信息资源，要想获取该信息，在进行频谱分析时需有充足的频率分辨率，进而促进边频带相隔距离能得到精准地测量。

　　03、功率谱分析的办法
　　功率谱是随机过程的统计平均概念，平稳随机过程的功率谱是一个确定函数。该办法能确定齿轮箱振动信号的频率构成，以及振动能量在每一个频率上面的分布情况，因功率谱与振幅的数值构成平方关系，所以，相较于振幅数值谱，功率谱会更能凸显谐波的线状谱组成要素和啮合的频率，减少振动信号引发的一系列“毛刺”现象。

　　四、结语

　　齿轮箱除了在化工行业应用较广泛外，同样运用于其他领域。在发生失效故障后，不能急于采取过多的手段和措施予以矫正，而是先分析故障产生的根源，出现在哪一个环节，找准安全隐患，选取最恰当的策略方法着手处置和诊断，才能得到事半功倍的效果。

　　来源：优感设备诊断中心微信公众号，作者：吴士磊。