齿轮箱故障谈论

tjxz888

各位好：
       最近检测的一台电机+变速箱+离心气压机 机组齿轮箱数据。同大家共享，请有兴趣的各位分析一下可能的故障原因，我也正在分析数据（需要说明的是机组涡流传感器测量振动位移10微米），但壳体加速度传感器测量振动很大，各轴承均为滑动动压轴承。

bluezaggio

这么高的转速和啮合频率，低频段看不出明显的故障。不知有没有历史数据，如果是近期出现高速轴转频升高的情况，建议注意高速轴齿轮损伤的问题。不对的请大家多指正啊！

SHF1972

齿轮接触面积不足、有胶合现象存在、增速机轴瓦间隙较大。
另外：叶轮可能积灰，高频段的频率可能是12片叶片+1.
询问：机组低速轴系是否有主油泵，振动如何？

tjxz888

疑问讨论：
1。机组仅齿轮箱壳体振动较大，时域波形峰峰值达到160G以上，甚至超出传感器幅值范围；
2。机组各点振动仅可见齿轮箱高速轴转频；
3。齿轮箱各点振动均明显可见2112-2115Hz频率及其谐波（与箱体及轴承座敲击频率接近）；且加速度谱图在高频部分出现明显白噪声带；
4。2112Hz及其高次谐波均以162Hz(高速轴频为边带，且两边幅值相差较大）；
5。速度低频部分，出现传感器过载时，均出现3-5Hz低频；
6。高速轴轴向振动较大（与A机组相比）
7。涡流传感器均振动未见异常；
8.电机及压缩机各点振动很小，声音正常，且各点均可见齿轮箱高速轴轴频；
9。齿轮箱没有类似轴头泵的润滑油泵；
      不知大家是否注意到这些信息。还请发表高见!

[ 本帖最后由 tjxz888 于 2010-1-2 09:58 编辑 ]

yinwei198325

通过肖老师的描述，该传动系统简单，齿箱仅含一级传动。现作出如下初步分析：
1、齿轮箱故障表象很明显且电动机、压缩机振动较小，可缩小范围到齿箱问题（排除叶片不平衡、齿箱与电机和压缩机的不对中）；
2、如果滑动轴承磨损，会导致齿轮中心线不平行而啮合不良，但图谱中齿轮啮合频率5041.7Hz幅值不大（其倍频无法看见），很明显2115Hz及其162Hz边频占主要成分，所以轴承磨损、齿轮损伤故障似乎也可排除；
3、我见过1台齿箱共振的例子，该齿箱的正常输出转速范围为700-1300rpm，当其输出转速到达850rpm时，齿箱开始异常“跳动”，我给出的判断是该齿箱设计共振临界点设计不合理，应设法规避。但是我没用敲击试验测一下箱体共振频率，供您参考。

firecat_2

学生根据肖老师的描述自己做了以下评论，请老师及各位指导。
1。机组仅齿轮箱壳体振动较大，时域波形峰峰值达到160G以上，甚至超出传感器幅值范围；   
   理解为振动能量较大，在正常运行外，承受额外力做功，判定为损伤。
2。机组各点振动仅可见齿轮箱高速轴转频；      
   高速轴转轴每转一圈产生一次能量较强振动。
3。齿轮箱各点振动均明显可见2112-2115Hz频率及其谐波（与箱体及轴承座敲击频率接近）；且加速度谱图在高频部分出现明显白噪声带；     
   理解为有较大能量的冲击激发起齿轮箱固有频率。
4。2112Hz及其高次谐波均以162Hz(高速轴频为边带，且两边幅值相差较大）；  
    理解为齿轮箱被高速轴调幅，并且伴随着调频，说明激发起齿轮箱固有频率的外力是与高速轴转频同步的，并且调频说明形成这个周期的振动不是单一的，而是几种调制单独作用产品的，由于他们的相位不同，所以他们叠加是矢量叠加，叠加后有的边频幅值增加，有的下降，在频谱图上形成不对称的调制边带。疑似为高速轴齿轮出现多个齿齿面剥落。
5。速度低频部分，出现传感器过载时，均出现3-5Hz低频；     
    如果超过量程，传感器内部电压不稳，会有低频噪声混入的
6。高速轴轴向振动较大（与A机组相比）   
    承受轴向力，可以怀疑引发齿面剥落这个局部故障的原因为分布式故障，齿轮中心线没对准等配合故障，并且导致最后的齿面剥落故障。
7。涡流传感器均振动未见异常；      
    说明该机组位移振动较小，排除低频故障，不平衡等，引起此振动的主要原因为高频共振区振动，即某突然特殊运动发出时间短而能量很大的外力，激发了箱体共振。
8.电机及压缩机各点振动很小，声音正常，且各点均可见齿轮箱高速轴轴频；   
    理解为冲击振动能量较大，可以传播较远，而振动源在齿轮箱处。

但是从频谱可以看出齿轮箱啮合频率5041Hz处幅值不高，说明齿轮啮合产生的振动并不大，理论来说应该排除齿轮故障，但是以前一个齿轮箱故障案例让我把这个想法改变了，因为冲击能量很大淹没了啮合产生的周期振动。跟这个案例很类似，打开齿轮箱发现，齿轮几个齿面大块剥落，并且集中在齿轮的一侧，由于齿轮中心不平行引起的。

wade111

个人观点如下：
从lz给的频谱和时间信号数据来看，主要能量集中在2115hz左右，伴随着高速轴转频的幅值调制；由于下箱体靠近轴承座部位敲击为2115Hz；因此，下箱体固有频率被激发。我想可能是
高速轴转频的13倍谐频，激发了下箱体的固有频率。
从加速度频谱，尤其是高速轴两端时间信号来看，高速轴输出端轴瓦间隙或松动，应该是主要考虑的问题。
感觉齿轮状态问题不大。
6楼提到，冲击能量大湮没齿轮的周期振动？能否分享一下案例呢？

dsj

解调频谱中出现最多的是高速轴的频谱，并且还有相应的轴承座频率信号2000Hz左右，及其2倍频，对比发现相应的齿轮箱信号5000Hz反应却相对较少，一般情况下齿轮的信号比轴承的信号大一个数量级，现在却小于轴承的信号，说明轴承出现了一定的故障。齿轮箱有出现故障的趋势，高速轴部分较低速轴部分出现次数较多，说明小齿轮出现故障的几率将较大齿轮大，但是，现在主要的故障还是在轴承。

tjxz888

谈论：现场涡流轴振监测振动稳定，与历史无大变化，仅有10微米上下。

mriook

我觉得firecat分析的很好

黑云

受益！谢谢！

tjxz888

经相关业内资深人士共同分析给出结论：（还请大家分析是否认可）
      齿轮箱设计缺陷导致出现“拍振”故障。
原因分析：
１。齿轮箱齿数;121/31， 速比：３．９０３（接近整数，设计的大忌）；
２。主要表现为加速度峰值频繁过载，且明显的幅度调制。
３。现场听诊可辨类似“拍振”噪声。
４。低速轴转频倍频（４倍频）过于接近高速轴转频，是形成拍振的主要原因。
５。高速轴转频各阶谐波均出现低速轴转频４倍与高速轴转频之差的边带。
　　根据以上分析进一步了解得到如下信息：该机组１０年前投用验收时，发现原带加速度传感器就出现反复报警问题，但由于涡流传感器正常，故将加速度传感器取消（巨大失误，难以理解）。同类机组Ａ也存在类似高度吻合情况，故分析齿轮箱存在先天设计问题，一般齿轮箱速比小数位在０．５附近，不应选择接近整数倍的０．１或０．９附近，新机组速比为：１７３／３１＝５．５８。
　　下一步确定在条件具备的情况下，改变机组转速，精密调整联轴器对中，寻找避开“拍振”的途径。该机组故障现象非常罕见，主要是在机组前期验收中忽略了壳体振动的问题，更忽略了变速箱速比设计的问题。这是一个非常好的现场案例，具有实际的指导意义。

[ 本帖最后由 tjxz888 于 2010-1-7 11:28 编辑 ]

wade111

如果发生拍振，有几个疑问如下：
1. 如果是拍振，那么其频率应该为4.2hz左右，但是从lz给的时间信号及其时间解调信号来看，没有0.23s为周期的拍的迹象。lz可以把加速度时间信号时间采的长一点。
2.如果为拍振，加速度时间信号中的载频约为166hz左右，而lz给的时间信号中的载频为下箱体的固有频率。
齿轮问题不大。

firecat_2

很好的案例
并且学习了齿轮箱的这个传动比设计问题，以前没注意过 多谢了
但是还是存在一个疑问
高速轴轴向振动较大（与A机组相比）
这个怎么解释啊
如果是设计问题 两个机组应该一样啊 拍振为什么会使轴向力会大啊

[ 本帖最后由 firecat_2 于 2010-1-7 15:35 编辑 ]

tjxz888

回复13楼
的确从速度波形中可以清晰看到以低速轴转频4倍频与高速轴转频差的拍振现象。但加速度谱图由于采集频率很高，它显示的则是高频被高速轴转频进行幅度调制的现象，这与拍振是完全不同的两个概念。一个是两个频率相近的振动形成拍振，其拍一般为差频；而幅度调制则是一个高频信号（载波）受到一个低频信号的调制。顺便问一句：拍振有载波的概念吗？

[ 本帖最后由 tjxz888 于 2010-1-7 23:00 编辑 ]