最新机械故障诊断技术8-齿轮箱故障诊断课件PPT课件.ppt 45页

'机械故障诊断技术8-齿轮箱故障诊断课件 二．齿面磨损或划痕A）粘着磨损在低速、重载、高温、齿面粗糙度差、供油不足或油粘度太低等情况下，油膜易被破坏而发生粘着磨损。润滑油的粘度高，有利于防止粘着磨损的发生。B）磨粒磨损与划痕含有杂质颗粒以及在开式齿轮传动中的外来砂粒或在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。C）腐蚀磨损由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿面发生化学反应造成金属的腐蚀而导致齿面损伤。D）烧伤烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过分摩擦所产生的局部区域过热，这种温度升高足以引起变色和过时效，会使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白层。损伤的表面容易产生疲劳裂纹。E）齿面胶合大功率软齿面或高速重载的齿轮传动，当润滑条件不良时易产生齿面胶合（咬焊）破坏，即一齿面上的部分材料胶合到另一齿面上而在此齿面上留下坑穴，在后续的啮合传动中，这部分胶合上的多余材料很容易造成其他齿面的擦伤沟痕，形成恶性循环。 图8－2齿面点蚀三．齿面疲劳(点蚀、剥落)所谓齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落。造成点蚀的原因，主要是由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效而连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。剥落与严重点蚀只有程度上的区别而无本质上的不同。实验表明，在闭式齿轮传动中，点蚀是最普遍的破坏形式。在开式齿轮传动中，由于润滑不够充分以及进入污物的可能性增多，磨粒磨损总是先于点蚀破坏。 齿轮啮合的特征频率——边频带由于传递的扭矩也随着啮合而改变，它作用到转轴上，使转轴发生扭振。而转轴上由于键槽等非均布结构的存在，轴的各向刚度不同，刚度变动的周期与轴的周转时间一致，激发的扭振振幅也就按转轴的转频变动。这个扭振对齿轮的啮合振动产生了调制作用，从而在齿轮啮合频率的两边产生出以轴频为间隔的边频带。边频带也是齿轮振动的特征频率，啮合的异常状况反映到边频带，造成边频带的分布和形态都发生改变。可以说：边频带包含了齿轮故障的丰富信息。此外齿轮制造时所具有的：偏心误差、周节误差、齿形误差、装配误差等都能影响齿轮的振动。所以在监测低精度齿轮的振动时，要考虑这些误差的影响。站在故障诊断的实用立场上看，只要齿轮的振动异常超标，就是有故障，就需要处理或更换。所以大多数情况下，并不需要辨别是哪种误差所引起，只需判定能否继续使用。 图8－4某齿轮箱的功率谱8．3齿轮的故障分析方法一．功率谱分析法功率谱分析可确定齿轮振动信号的频率构成和振动能量在各频率成分上的分布，是一种重要的频域分析方法。幅值谱也能进行类似的分析，但由于功率谱是幅值的平方关系，所以功率谱比幅值谱更能突出啮合频率及其谐波等线状谱成分而减少了随机振动信号引起的一些“毛刺”现象。图8—4为某齿轮箱的功率谱，分别用两种坐标绘出，无疑使用线性坐标效果要好得多。 图8－5工程实际应用的频谱图a)幅值谱b)细化后的边频带二．边频带分析法（1）边频带成分包含有丰富的齿轮故障信息，要提取边频带信息，在频谱分析时必须有足够高的频率分辨率。当边频带谱线的间隔小于频率分辨率时，或谱线间隔不均匀，都阻碍边频带的分析，必要时应对感兴趣的频段进行频率细化分析(ZOOM分析)，以准确测定边频带间隔，见图8—5。 二．边频带分析法（2）一般从两方面进行边频带分析，一是利用边频带的频率对称性，找出（n=1、2、3…）的频率关系，确定是否为一组边频带。如果是边频带，则可知道啮合频率ƒZ和调制信号频率ƒr。二是比较各次测量中边频带幅值的变化趋势。根据边频带呈现的形式和间隔，有可能得到以下信息：1）当边频间隔为旋转频率ƒr时，可能为齿轮偏心、齿距的缓慢的周期变化及载荷的周期波动等缺陷存在，齿轮每旋转一周，这些缺陷就重复作用一次，即这些缺陷的重复频率与该齿轮的旋转频率相一致。旋转频率ƒr指示出问题齿轮所在的轴。2）齿轮的点蚀等分布故障会在频谱上形成类似1）的边频带，但其边频阶数少而集中在啮合频率及其谐频的两侧(参见图8—6)。3）齿轮的剥落、齿根裂纹及部分断齿等局部故障会产生特有的瞬态调制，在啮合频率其及谐频两侧产生一系列边带。其特点是边带阶数多而谱线分散，由于高阶边频的互相叠加而使边频族形状各异。(参见图8—7)。严重的局部故障还会使旋转频率ƒr及其谐波成分增高。 需要指出的是，由于边频带成分具有不稳定性，在实际工作环境中，尤其是几种故障并存时，边频族错综复杂，其变化规律难以用上述的典型情况表述，而且还存在两个轴的旋转频率ƒr混合情况。但边频的总体水平是随着故障的出现而上升的。图8－7图8－6 图8－8用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边频带三．倒频谱分析法对于同时有数对齿轮啮合的齿轮箱振动频谱图，由于每对齿轮啮合时都将产生边频带，几个边频带交叉分布在一起，仅进行频率细化分析识别边频特征是不够的；由于倒频谱将功率谱中的谐波族变换为倒频谱图中的单根谱线，其位置代表功率谱中相应谐波族(边频带)的频率间隔时间(倒频谱的横坐标表示的是时间间隔，即周期时间)，因此可解决上述问题。图8—8是某齿轮箱振动信号的频谱，图8—8a的频率范围为0~20kHz，频率间隔为50Hz，能观察到啮合频率为4.3kHz及其二次三次谐波，但很难分辨出边频带。 图8—8b的频率范围为3.5～13.5kHz，频率间隔为5Hz，能观察到很多边频带，但仍很难分辨出边频带。图8—8c的频率范围进一步细化为7.5～9.5kHz，频率间隔不变，可分辨出边频带，但还有点乱。若进行倒频谱分析，如图8－8d所示，能很清楚地表明对应于两个齿轮副的旋转频率（85Hz和50Hz）的两个倒频分量（Ai和Bi）。倒频谱的另一个主要优点是对于传感器的测点位置或信号传输途径不敏感以及对于幅值和频率调制的相位关系不敏感。这种不敏感，反而有利于监测故障信号的有无，而不看重某测点振幅的大小（可能由于传输途径而被过分放大）。 图8－9齿面磨损导致幅值上升趋势四．齿轮故障信号的频域特征①均匀性磨损、齿轮径向间隙过大、不适当的齿轮游隙以及齿轮负荷过大等原因，将增加啮合频率和它的谐波成分幅值，对边频的影响很小。齿轮磨损的特征是，频谱上啮合频率及其谐波幅值都会上升，而高阶谐波的幅值增加较多，如图8-9所示。②不均匀的分布故障（例如齿轮偏心、齿距周期性变化及载荷波动等）将产生幅值调制和频率调制，从而在啮合频率及其谐波两侧形成幅值较高的边频带，边带的间隔频率是齿轮转速频率，该间隔频率是与有缺陷的齿轮相对应的。值得注意的是，对于齿轮偏心所产生的边带，一般出现的是下边带成分，即（n=1，2，3，…），上边带出现的很少。 ③齿面剥落、裂纹以及齿的断裂等局部性故障，将产生周期性冲击脉冲，啮合频率为脉冲频率所调制，在啮合频率及其谐波两侧形成一系列边带，其特点是边带的阶数多而分散，见图8—7所示。而点蚀等分布性故障形成的边带，在啮合频率及其谐波两侧分布的边带阶数少而集中，见图8—6所示。这些边带随着故障的发展，其频谱图形也将发生变化。⑤齿的断裂或裂纹，每当轮齿进入啮合时就产生一个冲击信号，这种冲击可激起齿轮系统的一阶或几阶自振频率。但是，齿轮固有频率一般都为高频（约在1～10kHz范围内），这种高频成分传递到齿轮箱时已被大幅度衰减，多数情况下只能在齿轮箱上测到啮合频率和调制的边频。⑥轴承故障的影响，仅有齿轮啮合频率的振幅迅速升高，而边频的分布和幅值并无变化，甚至边频没有发育，则表明是轴承故障。 8．4齿轮故障诊断案例实例一：宣龙高速线材公司2006年9月，发现精轧22#轧机辊箱振动增大。图8－10是传动系统图。图8－10高线精轧机传动系统图 9月14日的频谱图调出这一期间的在线监测与故障诊断系统的趋势图和频谱图。在9月14日的频谱图上明显看到Z5/Z6的啮合频率谱线。见图8－11。图8－119月14日的振动频谱图 特征频率表特征频率表8－1（22#轧机转速为1047r/min，谱图数据）由特征频率表可见，22架辊箱的Z5/Z6啮合频率（1072.6Hz）幅值在9月14日为1.71m/s2，其两侧有较宽的边频带，间隔为35.085Hz，与锥箱II轴的转频（34.603Hz）基本一致。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析11037.5981037.5931.2810.0050100Z5/Z6啮合频率－锥箱II轴转频21072.6831071.7731.7110.910.085100Z5/Z6啮合频率31105.9571105.9530.9460.0040100Z5/Z6啮合频率＋锥箱II轴转频42143.5552143.5461.9620.00901002倍Z5/Z6啮合频率 诊断结论：从图8－11的频谱图上可看出，22#辊箱Z5/Z6啮合频率幅值比较突出且有上升趋势，在其两侧有边频出现，边频间隔分别为35.085Hz，与锥箱II轴的转频（34.603Hz）基本一致，说明22锥箱II轴上的齿轮存在故障隐患。从图8－11的时域波形中可以看出有轻微的周期性冲击信号，冲击周期为0.028S，相应频率为(1/0.028=35.71Hz)，正好为22架锥箱II轴的转频(36.85Hz)一致，这表明问题就出在22架锥箱II轴的齿轮上。建议厂方立即对22架锥箱II轴上的齿轮Z5（31齿）进行检查。 事后复核厂方于2006年11月份对拆卸下的精轧22架进行检查，发现锥箱II轴上Z5(31齿)齿轮打齿（见图8-12和图8-13），与诊断分析结论相符。当时厂方曾进一步问过：估计是什么性质的故障，能否继续生产？因为除了初期（9月14日及以后几天）边频带较宽，后期边频带有所收窄，加上振幅并不很高。所以判定为出现较严重的斑剥。在工程上，齿轮出现点蚀、斑剥，厂方都会选择继续使用。整个10月都看着振幅缓慢上升，直到11月份，换轧钢品种，才停产打开。因为是斜齿轮的缘故，所以振幅没有像直齿轮那样强烈。图8－12图8－13 实例2：2006年4月，宣化钢铁公司棒材厂10#轧机齿轮箱的振动有点异常。查看在线监测故障诊断系统的4月23日的频谱图（图8－14）和特征频率表。图8－1410#轧机200604231200输出端频域图形 特征频率表特征频率表8－2分析：时域图形有冲击现象，但是图8－14的频域图形中轴频并不高，Z3/Z4齿轮的啮合频率出现了多次谐波，其3倍频达到了7.80m/s2。边频窄，判断为齿轮点蚀。序号故障信号频率（Hz）计算特征频率（Hz）振幅绝对误差(Hz)相对误差%可信度%故障部位及性质分析1236.3233.51.722.81.2090Z3/Z4啮合频率2472.74670.465.71.2290Z3/Z4啮合频率2倍频3707.0700.57.806.50.93100Z3/Z4啮合频率3倍频4943.49340.669.41.0090Z3/Z4啮合频率4倍频51179.71167.51.1512.21.0490Z3/Z4啮合频率5倍频61416.014010.40151.0790Z3/Z4啮合频率6倍频 实例3：2006年4月，宣化钢铁公司棒材厂16#轧机齿轮箱的振动出现异常。查看在线监测故障诊断系统的频谱图（图8－15、图8－16）和特征频率表8－3特征频率表8－4。图8－1616#轧机2006004230300细化后的频域图形 特征频率表特征频率表8－3特征频率表8－4由图8－15可以看到Z3/Z4齿轮的啮合频率出现了3倍频，并有多次谐波，最大振幅达到了12.95m/s2，基频边上出现了许多边频，为II轴轴承频率，II轴轴频14.3Hz在振动幅值0.24m/s2。在齿轮啮合频率（基频和倍频）边上出现边频（II轴轴频），这意味这齿轮有隐患。序号故障信号频率（Hz）计算特征频率（Hz）振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析1658.2657.812.950.40.06100Z3/Z4啮合频率21318.41315.610.552.80.21100Z3/Z4啮合频率2倍频31976.61973.43.743.20.16100Z3/Z4啮合频率3倍频中心频率Hz边频Hz差值Hz特征频率Hz性质分析658.2644.513.714.3（II轴轴频）一次边频673.815.6一次边频628.929.3二次边频687.529.3二次边频617.241三次边频701.243三次边频 诊断小结当齿轮啮合频率处及两边边频的振幅突现升高的情况下，有两种可能的故障：齿轮故障、轴承故障。要区别这两种故障，需看轴转频的振幅是否有升高，轴转频的振幅升高，意味着轴承故障。齿轮轴转频的振幅升高是由于轴承出现故障，轴芯空间位置不稳定所造成当轴转频的振幅先升后降，降低时意味着轴承可能已经出现解体。16#的II轴Z3/Z4齿轮可能存在严重磨损。 中考总复习之数词 中考考试说明要求1基数词2序数词 数词数词就是表示事物的数量和顺序的词，分基数词和序数词两种。 一.基数词表示数量多少的词是基数词，如：one,two,three等。构成方法如下：1）从1－12分别由从one到twelve12个各不相同的词表示。2）从13－19均以后缀-teen结尾。3）从20－90的整十数词均以后缀-ty结尾。表示“几十几”时，个位和十位之间需加连字符，如twenty-one,thirty-two,forty-three等。4）数字的写法和读法：⑴十位与个位之间要加连字符“-”；⑵百位和十位之间要加and；⑶三位数以上的数，从个位往前数，每三位数加一个逗号“，”，从后往前数的第一个逗号代表thousand,第二个逗号代表million,第三个逗号是billion，注意这几个词不能用复数形式，后也不能加and。 5）表示具体、准确的数目时，hundred,thousand,million等数词后不能加-s,如fivehundred,sixthousand,sevenmillion等。6）当hundred,thousand等数词与of连用，表示不具体、不准确的数目时，词尾须加-s。如：thousandsofstudents,millionsoftrees. 二.序数词1）不规则变化2）以-ty结尾的表示“几十”的基数词，先把y变为i，再加-eth3）表示“第几十几”时，十位数的“几十”仍用基数词，只把个位部分变成序数词就行了。4）除上述情况外，均在词尾加-th，如tententhonehundredonehundredth 三.数词的用法（一）表示事物的编号基数词放到名词的后边,该名词一般要大写；序数词放到名词的前面，加定冠词。第一课Lesson1/thefirstlesson.Row3/thethirdrow（二）年、日、时刻表达方法。“年”用基数词，“日”用序数词，前要加定冠词。读的顺序是月日年。如：1999年5月2日读作：Maythesecond,nineteenninety。 “时刻”用基数词表达，同时要注意以下两点。1.表示“整点”时，在基数词后加o’clock;9:00o’clock.2.分钟小于或等于30分钟的，用“分钟数＋past＋钟点数”形式；分钟数大于30分钟的，用“到下一个钟点所差的分钟数＋to＋下一个钟点数”形式,也可以依次读钟点数和分钟数。7:20twentypastseven或seventwenty.3.注意两个特殊的表示时间的单位词：30分钟用half，15分钟用aquarter，如：6:30读作：halfpastsix5:45读作：aquartertosix6:15读作：aquarterpastsix （三）分数的表达方法表示分数时，分子用基数，分母用序数，分子大于1，分母用复数。分数修饰名词时，后用of短语。如：1/3onethirdofteachers3/7threeseventhsoftheboys1/2,1/4分别用ahalf和aquarter表示。 （四）“基数词－名词－形容词”结构“基数词－名词－形容词”只能用来放到名词前作定语。如：Sheisa3-year-oldgirl.Theyliveina7-storey-highbuilding.注：这种结构中名词不能用复数，同时只能作定语。用作表语时，不用连字符，名词有复数。如：Tonyis10yearsoldthisyear.Tonyisa10-year-oldboy. 中考考什么?中考从以下几个方面来考查学生对数词的掌握情况： 1.基数词和序数词(乌鲁木齐)Dick,itisthe________timein________daysthatyou’vemadethesamemistake.A.two,threeB.second,threeC.two,thirdD.second,third[解题技巧]以此立意的试题要求考生能正确使用基数词和序数词：基数词用来表达事物的量；序数词用来表达事物的顺序。本题的第一空表示顺序用序数词second；第二空用基数词three，答案为B。B 2.分数（苏州）Itissaidthatthegravity(引力)onMarsisonlyabout__________ofthegravityonearth.A.three－eighthsB.third－eighthC.three－eightsD.third－eight[解题技巧]以此立意的试题考查考生能否正确使用分数：分子在前用基数，分母在后用序数。分子大于一，分母用复数，分子与分母之间可以用连字符连起来也可以不用连字符，如twothirds或two-thirds；当分数修饰名词作定语时，后要跟of，如：twothirdsofstudents三分之二的学生本题的选项中只有A项正确。A 3.hundred,thousand,million,billion等单位数词－HowmanypeoplewillcometoBeijingnextyear?－It’shardtosay,________people,Ithink.A.millionofB.millionsofC.threemillionsD.threemillionsof(2007芜湖)[解题技巧]以此立意的试题考查考生能否正确使用hundred等单位数词。表示单位的数词用法分两种情况：1）当放在具体的数字后边，表示具体的“百、千、百万、十亿”时，不能用复数形式，可以直接修饰名词复数，如twothousandstudents；2）当表示大概的“几百、几千、几百万、几十亿”时，用“复数形式＋of”结构，前边不能用具体的数字，如：thousandsofstudents。本题中只有B项正确。B 广东茂名A:Didyousee___________dogjustnow?B:Isit___________blackdog?A:Yes.Itis.B:Oh,Ijustsawitpassingthedoor.A.the;aB.a;aC.the;不填B 天津市JackenjoyswatchingTV,whileTomisinterestedinlisteningto____music.A.theB./C.aD.anB 天津市Thealsowrote____ofbeautifulpiecesofmusicfortheorchestra.A.hundredB.sixhundredC.ahundredD.hundredsD 作文:(天津中考)5月12E114时28分，四川汶川县发生8．0级地震，造成巨大生命和财产损失，全国各族人民众志成城抗震救灾。在生活中像这样互帮互助的例子还有很多，根据问题提示，以“Everyoneneedshelp．”为题写一篇不少于80个词的英语短文，记叙你帮助别人或者别人帮助你的故事。并简单地谈谈你的感受。要求：1．意思明确，书写工整，内容连贯，标点符号不占格。2．短文中不得出现考生的姓名、学校及其他相关信息，否则不予评分。问题提示.Didyougetanyhelpfromothers?Didyouhelpotherswhentheyneededhelp?2.Tellyourstory.3.Howdoyoufeelwhenyouhelpothersorothershelpyou?Everyoneneedshelp 例文:EveryoneneedshelpIhelpedotherswhoneededhelp.AndIalsogotmuchhelpfromothers.NowI"lltellastory.OnceIwenthikinginamountainwithmyfriends.Thesightsweresobeautifulthatweforgotthetime.Itwasgettingdark.Webegantowalkdown.Wewalkedforaboutanhour,butwecouldn"tgettothemountainfoot.Werealizedthatwewerelost.Webegantogetscared.Luckilywemetawomanwholivedinthemountainvillage.Sheledustothemountainfoot.Wesaidthankstoher,butshesaidwemustalsohelpherifsheneededhelp.Whatakindwoman!Everyoneneedshelp.Ifwehelpeachother,theworldwillbefulloflove. Homeworktoday1.抄考试说明单词第67～85个(每个2行)2.做学考精练数词剩下的练习3.预习形容词和副词'