齿轮传动故障诊断技术的应用

齿轮传动故障诊断技术的应用

陆秀凤

身份证号码：45212819840824xxxx广东佛山528225

摘要：齿轮工件是齿轮箱设备体系中的主要组成部分，齿轮工件良好机械应用功能的发挥，是保证齿轮箱设备机械传递功能水平稳定提升的重要条件。

关键词：齿轮传动；故障诊断；技术

引言

齿轮箱是应用广泛的机械组件，在齿轮箱功能失效现象中，齿轮工件失效占据60.00%，轴承工件的失效率约占19.5%，轴工件的失效率约占9.50%，箱体结构的失效约占7.00%，紧固件结构的失效比率是3.00%，而油封技术结构的失效比率约占1%，从上述数据可知。齿轮工件的失效现象，在引致齿轮箱发生失效故障的各类原因中占据主要地位。

1.齿轮工件的机械振动机理

齿轮工件传动结构系统，是典型的具备弹性特征的机械系统，受工件内部结构以及机械运功过程中空间关系因素的共同影响，齿轮工件在实际参与机械生产应用过程中，存在明显的运动和力的不平衡性。

齿轮工件的运动学分析示意：

图表示齿轮工件的运动学分析示意。O1表示齿轮工件主动轮的轴心点位，O2表示齿轮工件被动轮的轴心点位，现假定齿轮工件的主动轴以角速度W1做匀速圆周运动，且点A和点B分别表示两个齿轮工件机械啮合点，则有O1A＞O2A，也就是说啮合点A位置的线速度VA，大于啮合点B位置的线速度VB。由于O2A＜O2A，基于理论计算的分析角度，有W2=VB/O2B，W3=VA/O2A，则有W2＜W3。点位A和点位B作为齿轮工件被动轮部分的啮合点，在齿轮副技术结构只有单一啮合点的条件下，伴随着啮合技术点位在齿轮工件机械运动过程中，沿着啮合线不断移动，齿轮工件被动轮部分的角速度将会存在一定的被动性；而在齿轮副技术结构具备两个啮合点的条件下，源于主动轮和被动轮在实际机械运动过程中，必须保持一致性的角速度，因而在齿轮工件发生啮合作用过程中，其轮齿部分身会出现一定程度的弹性变形现象，而因这一弹性变形现象引致的弹性变形力强度特征，会伴随齿轮工件啮合点位置、轮齿部分的刚度状态、齿轮工件啮合过程中的进入和脱开程度而具体变动，其实际力学强度表现特征与时间因素具备直接相关性。

2.齿轮工件失效的主要表现形式

2.1齿结构的断裂现象

齿轮副结构在实施啮合传递机械运动过程中，其主动轮结构中的作用力，以及从动轮结构中的反作用力，通常都借由工件接触点结构而作用于对方工件的轮齿结构之上，在这一技术过程中，最危险的技术情形，在于接触点位置在某一运动瞬间形成于轮齿结构的齿顶位置，这种技术条件下的轮齿工件相当于独立作用的悬臂梁，在承载机械负荷的条件下，其齿根点位将会产生较大的弯曲应力，如果这时发生突然过载或者是冲击过载技术现象，将极易导致齿轮齿根位置发生过载荷断裂现象，而且即便是在不存在冲击过载的受力环境下，由于齿轮轮齿部分的重复受载，在长期集中应力的作用下，极易导致齿轮工件发生机械疲劳裂纹，在机械裂纹不断扩展生长的条件下，齿轮工件的齿根位置也会相应此发生疲劳断裂现象。除此之外，淬火裂纹、磨削裂纹，以及齿轮工件在发生严重磨损现象条件下的主体部分薄厚不均，都是导致齿轮工件在实际使用过程中发生断裂现象的主要原因。

2.2齿轮工件表面结构的磨损或者是划痕

（1）粘着划痕。在低速、载重负荷过大、高温，以及齿轮表面粗糙程度较差、润滑油填涂不足或者是润滑油粘度水平过低的技术环境下，齿轮工件表面的油膜保护结构极易出现粘着磨损现象，而提升润滑油的黏度水平，对于有效防止或者是减缓粘着磨损现象具有重要的促进作用。（2）磨粒磨损与划痕。齿轮工件润滑油中包含的细小杂质颗粒，以及在开放式齿轮传动机械应用过程中的外源性砂质颗粒，以及齿轮工件在实际摩擦生产作业过程中产生的金属磨屑，都会导致齿轮工件在实际使用过程中发生磨粒磨损以及划痕现象。而且这种现象在实际发生过程中，往往是齿顶点位和齿根点位相较齿轮工件的节圆部具备更严重的表现形态，这直接与齿轮工件不同组成位置在机械传动过程中的滑动接触和滚动接触方式直接相关。

3.齿轮工件传递故障的主要诊断方法

（1）振动时域分析法。这种诊断方法将齿轮工件处于各类运行故障条件下的振动时域信号，同齿轮工件正常使用条件下振动时域信号实施对照，从而对齿轮工件的运行故障现象展开具体化的识别分析。在现有技术发展阶段条件下，时域分析故障诊断方法主要包含时域统计分析法（其中包含直方图法）、时域相关分析法，以及时域同步平均法。时域统计分析法一般需要通过针对检测信号的各种参数实时求解，来具体完成齿轮工件机械运行故障的分析。齿轮工件故障诊断活动过程中的时域相关分析法，主要应用了自相关分析手段，自相关函数能够完整描述检测信号，在差异化具体时点的相互依存关系，同时还能完整反映检测信号幅度值变化的聚类程度。时域同步平均法，能够在存在噪声干扰现象的齿轮检测技术信号，有效提取出周期性的检验技术分量，并借助对信号分量的分析，完成齿轮工件运行故障的分析诊断技术目标。（2）振动频域直接分析法。这种诊断技术方法是现价段使用最为广泛的诊断技术方法。这种方法将以时间因素作为自变量的时域性检测信号，借助傅立叶变换转换为以频率为自变量的频谱图，并在此基础上求解获取关于未转化时域信号的幅值以及相位信息。振动频域直接分析法，能够通过对相关技术工件频谱图的分析过程，直接获取技术诊断结果，这种诊断技术方法能够广泛应用于单体齿轮箱设备故障的精密诊断，或者是处于联系生产机械设备运行体系中齿轮箱设备的机械故障诊断活动过程中。

结束语

齿轮传动系统是应用最广的运动或动力传递装置，如车辆、机械、航空、航天、冶金、电力、煤炭、石化、核能等许多行业中的关键机械设备。一旦发生故障就将引起机械设备失效。如果对其提前进行诊断就可以有效地避免意外事故发生，消除续发损坏，节约大量维护费用。

参考文献

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[3]王衍学．机械故障监测诊断的若干新方法及其应用研究[D].西安:西安交通大学，2009:1－134.