第1章齿轮箱失效比重及失效形式 齿轮箱在机械设备中扮演着非常重要的角色，通常情况下，原动机输出的转矩和转速不能直接用于执行元件执行操作，需要进行转矩放大和降低转速，通常使用的传动设备有齿轮减速箱、带传动、链传动等，由于齿轮箱传动瞬时传动比恒定、传动效率高、工作可靠、使用寿命长、结构紧凑、适用范围从1W到数万KW等优点，所以齿轮箱传动是机械传动系统中运用最广泛的一种传动形式。 1.1 齿轮箱失效原因及比重 机械设备中的齿轮箱从装配投入使用开始，除了设备维护以外，齿轮箱都需要保持一个稳定的运行状态，长期的高负荷运转使齿轮箱的故障率非常大，在机械设备中，造成齿轮箱故障的原因及失效比重如下表所示： 由此可见，齿轮箱失效主要的原因是维护和操作不当，相邻的零件故障也会造成齿轮箱的故障，设计不合理也是严重影响齿轮箱使用的重要因素，为保障机械设备在运行中稳定可靠，除了合理设计齿轮箱外，正确选择相邻零件、合理操作维护是保障稳定运行的重要手段。当出现故障时，能够准确找出故障是对齿轮箱维护的重要前提，因此，掌握齿轮箱故障诊断技术非常重要。 1.2 齿轮箱失效零件及失效比重 在齿轮箱中，失效的主要零件及失效比重如下表所示：
由此可见，齿轮失效是造成齿轮箱失效的主要原因，由于制造误差、装配不当或在不适当的条件（如载荷、润滑等）下使用，齿轮常发生损伤，从而导致机械设备不能够用稳定运行，甚至发生生产安全事故。 1.3 齿轮的主要失效形式 齿轮的主要失效形式有四种：轮齿断裂、齿面磨损、齿面疲劳、齿面塑性变形。 1.31 轮齿折断 齿轮副在啮合传递运动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在对方轮齿上，最危险的情况是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根处产生过负荷断裂。即使不存在冲击过载的受力工况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。 轮齿的断裂是齿轮的最严重的故障，常因此造成设备停机，在齿轮故障中，轮齿折断概率为41%。 1.32 齿面磨损 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 (5)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
风力发电机组齿轮箱故障诊断 摘要: 通过对不同齿轮箱振动频谱的检测结果的分析，论述了判断齿轮箱由于长期处于某些恶劣条件下，如交变载荷或润滑油失效，引起的齿轮和轴承损坏的检测方法。分析了齿轮箱出现故障的原因以及应采取的措施。 关键词：风电机齿轮箱轴承状态检测 一、风电机组齿轮箱的结构及运行特征 我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。近几年来，一批齿轮箱发生故障，有些由厂家更换，也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现，全世界很多地方同样出现过问题，但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重，应认真分析研究。 1) 过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。由于风电机组容量不断增大，轮毂高度增加，齿轮箱受力变得复杂化，这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。 2) 由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。由于设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。
风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 唐新安谢志明王哲吴金强 摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。 关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断 中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。 表1 齿轮箱特征频率表 Hz
二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。 表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表 m/s2 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在古障。
2.时域分析 通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且 有明显的周期性，其频率约大20Hz 。
3.频坷分析 由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率 的幅值不对称）。
本科生毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：基于振动信号的齿轮故障诊断方法研究 学院：信息科学与技术学院专业：通信工程班级：通信0801 学生：XXX 指导教师（含职称）：XXX（副教授）专业负责人：XXX 1．设计（论文）的主要任务及目标 (1)查阅齿轮振动信号特征提取相关资料，写出文献综述，开题报告等。 (2)运用所掌握的振动信号提取方法，运用matlab仿真齿轮的原始故障信号。2．设计（论文）的基本要求和内容 (1)查阅资料，了解该领域的历史，现况，发展及问题，写出文献综述。 (2)掌握齿轮故障信号的小波分析，时频域分析，EMD分析，完成中期检查。 (3)运用matlab进行信号处理仿真，并写出毕业论文。 (4)在完成上述工作的基础上，准备毕业论文答辩。 摘要 随着科学技术的不断发展，机械设备向着高性能、高自动化、高效率和高可靠性的方向发展。齿轮箱因为具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，因此齿轮箱是用于改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是机械设备的一个重要组成部分，也是最容易发生故障的一个部件。而在机械设备中，齿轮的使用频率很高，因此齿轮的故障诊断技术对机器的使用质量和使用寿命都起了非常重要的作用。本文从时域、频域，时频域和经验模式分解进行了齿轮故障诊断的方法研究。时域分析主要应用时域特征参数分析方法进行故障特征参数的提取，频域分析主要通过快速傅里叶变化，从频谱图上进行齿轮正常状态和故障状态振动信号的对比分析。时频域分析主要是通过一维三层离散小波变换，把原始信号细化为三层，每层又分为高频信号和低频信号。经验模式分解主要是在齿轮故障振动信号中的实际应用，对采集到齿轮四种状态下的振动信号通过EMD分解，提取了故障信号的特征信息，为识别故障类型提供了有效的分析手段。故障信息特征提取是齿轮故障诊断中最关键、最重要的问题之一，它直接关系到齿轮故障诊断的准确性和早期故障预报的可靠性。 关键词：齿轮；故障诊断；小波变换；经验模式分解
一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法 一、齿轮啮合频率的机理 由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮合，啮合区的大小则由重叠系数ε决定。因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，引起齿轮的振动.这两者形成了啮合频率fz 及其谐波Nfz ，其计算式为: 60z nZ f = 式中 Z ——齿轮的齿数；n ——轴的转速，/min r 。 60z nZ Nf N =? 式中N —自然数，1，2，3，……。N=1称为基波，即啮合频率；N = 2，3，……时，称为二次，三次…谐波。 啮合频率fz 及其谐波Nfz 的频谱特点： ①初始状态，啮合颇率的幅值最高，各次谐波的幅值依次减小(图1的实线部分)； ②随着齿轮磨损的增加，渐开线齿廓逐渐受到破坏，使齿轮振动加剧，此时啮合频率及其各次谐波的幅值逐渐增大，而且各次谐波幅值的增加比啮合频率快得多(图中虚线所示)； ③磨损严重时，二次谐波幅值超过啮合频率幅值。 图1 啮合频率及其谐波 图2 严重磨损时的啮合频率及其二次谐波 由频谱图上啮合频率及其谐波幅值的增量可判断出齿轮的磨损程度。
啮合频率分析： （1）负载和啮合刚度的周期性变化 负载和啮合刚度的变化可用两点来说明：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。如渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理单齿啮合时，载荷由一个齿承担，此时齿轮的啮合刚度较小。从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的负载和啮合刚度就变化一次，所以齿轮的负载和啮合刚度周期性变化的频率与齿轮旋转频率成整数倍关系。 （2）节线冲击的周期性变化 齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动，又有相对滑动。主动轮带动从动轮旋转时，主动轮上的啮合点从齿根移向齿顶，啮合半径逐渐增大，速度渐次增高；而从动轮上的啮合点是由齿顶移向齿根，啮合半径逐渐减小，速度渐次降低。两轮齿齿面在啮合点的速度差异就形成了主动轮和从动轮的相对滑动。在主动轮上，齿根和节点之间的啮合点速度低于从动轮上的啮合点速度，因此滑动方向向下；在节点处，因为两轮上的啮合点速度相等，相对滑动速度为零。因此，摩擦力在节点处改变了方向，形成节线冲击。由以上分析可知，从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，发生两次节点冲击，所以节线冲击发生的频率与齿轮旋转频率成整数倍关系。 （3）齿轮运转时，其振动频谱上都含有啮合频率及其谐波分量。随着齿轮的磨损，频谱上的啮合频率及其各次谐波都会上升，即幅值增大。但值得注意的是，啮合频率高次谐波的幅值要比基波的幅值上升得快。啮合频率是齿轮振动中比较突出的成分，它既是齿轮齿廓磨损的一个灵敏指标，同时齿面上产生点蚀、剥落等损伤也会在啮合频率及各次谐波成分上表现出来。对于一对新齿轮来说，其频谱的整个振动能量水平较低，啮合频率的基波及其第二、三次谐波幅值依次减小。对于具有中等点蚀故障的齿轮，其频谱随着点蚀的增加，整个谱的水平都随之增加，且啮合频率高次谐波幅值将超过基波。另一个特点是啮合频率的二次谐波两边的边频带愈加丰富。当齿面出现重度点蚀时，谱噪声总量急剧上升，且啮合频率的谐频延伸到七次以上。啮合频率分析也有其不足之处，它毕竟是众多齿轮振动能量的平均值，因此在局部轮齿呈现损伤时，其幅值的增长就不那么明显，只有大多数轮齿受到磨损或出现点蚀、剥落等损坏时才有明显的增量。 当齿轮发生故障时，振动信号常会发生调制现象而产生调制波(调幅波和调频波)，其载
本科学生毕业设计 （论文）开题报告 1、目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1.2 选题背景 磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械，它是煤粉炉的重要辅助设备。煤在磨煤机中被磨制成煤粉，主要是通过压碎、击碎和研碎三种方式进行。磨煤机经常运行于高速、重载以及恶劣环境等条件下，齿轮及齿轮箱作为机械设备中必不可少的连接和传递动力部件由于加工工艺复杂，装配精度要求高，又常常在高速度、重载荷的环境下连续工作，出现故障的概率较高。而齿轮的失效又是诱发机械故障的重要因素。齿轮箱在机械设备中是核心部件，出现故障后将会导致整个机械设备的失效。轻则降低生产质量或导致停产，重则会造成事故。据统计传动机械中齿轮引发的故障占 80%左右，旋转机械中约为 10%左右。齿轮箱的故障和失效轻则带来经济损失，重则造成人员伤亡。据日本新日铁会社的统计，在机器的总故障次数中，齿轮故障约占 10.3%左右，而在齿轮箱的失效零件中，齿轮失效占 60％左右，轴承和轴故障约为 30%左右。对齿轮箱进行状态检测与故障诊断中采用这些先进的技术，能够节省大量的人力、物力、财力，提高设备的利用率，可及时发现故障隐患，提高故障诊断效率，降低因为齿轮箱故障而引起的灾难，因此对电厂磨煤机齿轮箱进行状态监测与故障诊断具有重大的意义。 1.2 齿轮箱故障诊断的发展现状 齿轮箱振动与噪声的研究发展比较早，但是将齿轮的振动与噪声运用到齿轮箱的故障诊断中却是在20世纪60年代中期，美国的Buckingham和德国的Niemann，英国学者H.Optiz仔细研究了齿轮振动与噪声的原理，指出其是传动功率和齿轮传动误差及齿轮精度的函数。随后一些简单的齿轮箱故障诊断技术开始出现，这些技术手段主要是通过测量齿轮箱工作过程中一些简单的振动参数，如有效值、振动峰值、均方根值等来对齿轮箱进行直接分析。70年代末到80年代中期，利用频谱来分析齿轮箱的故障取得了重大成果，其中B．Randall和James I．Taylor等人作
齿轮故障诊断方法综述 摘要齿轮是机械设备中常用的部件,而齿轮传动也是机械传动中最常见的方式之一。在许多情况下,齿轮故障又是导致设备失效的主要原因。因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要的意义。介绍了故障的特点和几种诊断方法，并比较了基于粒子群优化的小波神经网络,基于相关分析与小波变换,基于小波包和BP神经网络和基于小波分析等故障诊断方法的优缺点，并提出了齿轮故障诊断的难点和发展方向。 关键字齿轮故障诊断诊断方法分析比较发展
目录 第一章齿轮故障诊断发展及故障特点..................... 错误!未定义书签。齿轮故障诊断的发展................................... 错误!未定义书签。 1. 2齿轮故障形式与震动特征 ........................... 错误!未定义书签。第二章齿轮传动故障诊断的方法......................... 错误!未定义书签。 2. 1高阶谱分析........................................ 错误!未定义书签。 参数化双谱估计的原理 .............................. 错误!未定义书签。 试验装置与信号获取 ................................ 错误!未定义书签。 故障诊断 ......................................... 错误!未定义书签。 应用双谱分析识别齿轮故障 ........................ 错误!未定义书签。基于边频分析的齿轮故障诊断............................ 错误!未定义书签。 分析原理 .......................................... 错误!未定义书签。 铣床振动测试 ...................................... 错误!未定义书签。 边频带分析 ...................................... 错误!未定义书签。 故障诊断 ........................................ 错误!未定义书签。 2. 3时域分析.......................................... 错误!未定义书签。
机械故障诊断—齿轮故障诊断及分析 [摘要]本文介绍了齿轮的几种典型故障的特征及诊断方法。在齿轮故障诊断过程中，应用振动诊断方法可以解决齿轮的绝大部分问题。 引言 随着科学技术的不断进步，机械设备向着高性能、高效率、高柔性化和高可靠性的方向发展。齿轮由于具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，是改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是传动机械设备的一个重要组成部分，也是易于故障发生的一个部件，其运行状态对整机的工作性能会有很大的影响。 在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和故障必然引起机械振动状态发生变化。因此，在齿轮传动系统的所测振动信号中，包含有它的健康状态信息或故障与无故障信息，我们通过监测和分析振动信号自然就可以诊断齿轮和齿轮传动系统的故障。 一、关于齿轮工作过程中引起振动的振源 在齿轮的传动啮合过程中，影响齿轮产生振动的原因很多，有大周期的误差也有小周期的误差。产生大周期振动的因素主要是齿轮加工过程中的运动偏心和几何偏心以及安装中的对中不良；产生小周期振动的因素主要有齿轮加工中的主轴回转误差，啮合刚度的变化，齿轮啮入、啮出冲击，以及在运行过程中产生的断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重胶合等等。其中啮合刚度的周期性变化是齿轮系统振动的重要激振源之一。它的周期性变化主要由以下两个原因所致：一是随着啮合点位臵的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化；二是参加啮合的齿数在变化。 如图1所示，在啮合开始时(A点)，主动轮齿1在齿根处啮合，弹性变形较小；被动齿轮2在齿顶处啮合，弹性变形大，而在啮合终止时(D点)，情况则相 反。设齿副I的啮合刚度为k 1，齿副П的啮合刚度为k 2 ，则总的啮合刚度为k=k 1 +k 2 。 由图1可以看出总的啮合刚度随着从单啮合区到双啮合区而作周期性的变化。 图1 直齿轮啮合刚度变化图
实验报告：齿轮箱故障检测班级：机自07 姓名：林海成 学号：10011166 日期：2013、5
一、实验目的 1、了解齿轮箱的整体结构以及故障类型 2、了解一种齿轮箱信号采集系统以及软件的操作 3、学习分析齿轮箱的故障特征 二、实验内容 1、分别在齿轮箱齿轮以及轴承正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。 2、控制单一变量，在齿轮断齿、缺齿以及轴承滚动体、内圈、外圈故障的情况下进行数据采集。 三、实验步骤 1、打开计算机，启动软件，进行参数设置。 2、在齿轮箱齿轮正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。 3、依次换上断齿、缺齿的故障齿轮，分别对其在两频率下的信号进行采集。 4、拆除齿轮部分，在齿轮箱轴承正常的状态下在20HZ、30HZ对齿轮箱信号数据进行采集。 5、依次换上滚动体、内圈、外圈故障的轴承，分别对其在两频率下的信号进行采集。 6、重新将正常的齿轮以及轴承安装回原来位置，清理工作台，结束实验。 四、实验分析 分析程序如下： clear; clc; load('f:\a.txt'); x=a(1:length(a),1);
y=a(1:length(a),2); fs=length(x)/(max(x)-min(x)); n=length(x)-1; t=n/fs; N=2^nextpow2(n); z=fft(y,N); mag=2*abs(z)/N; f=(0:length(z)-1)'*fs/length(z); figure(1); plot(f(1:N/2),mag(1:N/2)); grid on axis([0600000.15]) xlabel('频率/Hz') ylabel('幅值/V') title('幅频谱') figure(2); z2=rceps(y); plot(x,z2) grid on axis([00.1-0.20.2]) xlabel('时间/s') ylabel('幅值/V') title('倒频谱') figure(3); plot(x,y); grid on; xlabel('时间/s') ylabel('幅值/V') title('时间曲线') 理论数据如下： 轴承参数： 滚动体个数8，滚动体半径0.3125英寸，运动节径1.318英寸，压力角0度皮带轮传动比2.48 齿轮参数： 大齿轮齿数18，传动比1.5000000
机械故障诊断之齿轮故 障小议 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
机械故障诊断之齿轮故障小议随着时代的不断发展，机械已日益成为生产过程中不可或缺的一部分。而机械的高性能化、高自动化、高效率化是现代机械的一个重要发展方向。齿轮作为传动机械设备中至关重要的部件，它不仅关乎机械的正常运转，且对整个生产过程的进度与经济效益等产生巨大影响。而齿轮发生故障又是常出现的事件，因此，加大对齿轮出现故障的原因与解决方法的研究尤显必要。本文将针对此进行粗略探讨。 现代化的不断发展让机械设备也日益朝着大型化、复杂化方向发展，其设备的构造与操作原理也愈加复杂。齿轮是机械设备中用来传递动力的重要部件，而齿轮故障又时常发生，这无疑会对机械的整体运作产生不利影响。所以，有必要对齿轮故障进行分析，并能理论联系实际，通过实际案例来寻求解决方法，从而做到故障出现时能及时解决并予以防范。 机械设备中齿轮常见故障分析 齿轮在机械设备中有个重要作用，这就是它能传递运动，而且能控制运动方向，影响运动速度。而为更好地调控齿轮运转速度，就需要齿轮减速机装置的安装。我们知道，与齿轮减速机有关的几个主要频率为轴频、齿轮的啮合频率、轴承的内外圈、滚动体、保持架的频率，它们与
“谐频”、“边频”相结合，成为对齿轮减速机故障判定的依据。同时，与齿轮减速机有密切关系的是齿轮振动，且通过齿轮振动是判断齿轮故障的一个重要方式。因此，笔者将重点针对齿轮减速与齿轮振动的有关故障开展具体探讨。 2.1齿轮振动发生故障的一个重要原因是齿轮在生产与安装中存在失误。生产齿轮是齿轮得以发挥自身作用的首要条件，而生产制作中的微小误差就能导致齿轮的啮合精度降低，从而带来齿轮的振动和噪声增大，这些问题的出现无疑会提高齿轮的故障率[2]。因而，我们的相关机械使用单位应对齿轮的生产源与齿轮安装予以极大关注。 2.2齿轮振动出现故障的另一个原因是与齿轮的工作环境适宜度有关。因不同的工作环境在空气湿度、空气质量、温度等方面都存在差异。而齿轮作为现代化机械，其对工作环境有一定要求。因齿轮在啮合过程中，齿与齿连续冲击使齿轮产生受迫振动，如果此时其工作环境存在高湿度或其他不利影响，就会对齿轮的正常振动带来不利影响。为减少此种不必要的失误，我们的机械使用单位就应提前做好齿轮工作环境的净化工作。 2.3齿轮运行过程中存在因所使用到的润滑剂质量不达标而导致齿轮故障的现象。齿轮的运转少不了润滑剂的调节，有些单位为减少经济成本投入而使用不够清洁的润滑剂，或者使用的润滑剂不足，这些情况无疑会
机械监测与诊断技术 论文 齿轮震动故障诊断与分析 学院：机械与动力学院 姓名：刘聪 学号：2012105422 2015年11月4号
齿轮振动故障诊断与分析 一．齿轮典型故障介绍 (1)磨损 磨损包括磨粒磨损、腐蚀磨损和冲击磨损，磨粒磨损是常见的磨损形式，一般是由于齿的工作表面进入了金属微粒、尘埃和沙粒等所引起的齿面擦伤或者齿面材料脱落，是润滑不好的开式传动齿轮的主要故障类型。齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廓变形，侧隙变大，会造成齿轮动载荷增大，不仅会使振动和噪音加大，而且很可能导致断齿。磨损故障大概占齿轮常见故障比例的10%。 (2)点蚀 点蚀是减速箱等闭式齿轮传动系统中极其普遍的故障类型，约占齿轮常见故障比例的31%。齿轮受啮合过程产生的循环交变应力会在表面产生微小疲劳裂纹，啮合时润滑油进入该裂纹中后被封口并受挤压产生高压，从而扩大了裂纹，最终导致齿轮表面金属的脱落形成麻点状小坑，这就是点蚀。在齿轮表面硬度低于350HBS的闭式齿轮上，点蚀现象尤为常见。点蚀的出现会加大齿轮表面的局部接触应力，导致点蚀现象的恶化，进而加剧齿轮啮合时的噪声、降低齿轮传动的精度。 (3)断齿 断齿在齿轮故障类型中是最容易发生的，占齿轮常见故障比例的41%。断齿故障有过载断齿、疲劳断齿和缺陷断齿三种，这里面又以
疲劳断齿最为常见，它是由于齿轮工作受到周期性载荷，弯曲应力超过弯曲疲劳极限而在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹渐渐扩大，当载荷的循环次数达到一定值时，就会致使轮齿折断。断齿是所有齿轮故障中最严重的类型，经常会导致停工停产。 (4)胶合 齿轮润滑良好时齿面间会保持一层润滑油膜作用，但是当载荷较大、齿面间压力大、工作转速高、工作表面温度较高时，润滑油膜被破坏，使金属齿面直接接触，相接触的金属材料在高温高压作用下发生粘着，相粘连的齿面由于相对滑动而被撕裂，在相对滑动方向形成划痕。齿面的胶合故障，会加剧齿面的磨损程度和速度，从而使齿轮更加快速地失效。这种故障类型占齿轮常见故障比例的10%。 (5)塑性变形 软齿面齿轮重载或者突然的重载冲击情况下，齿面容易发生塑性变形。因为重载会大幅加大齿面的摩擦力，这会导致齿轮表面的材料呈现塑性状态，使齿轮表面的金属发生塑性流动，进而造成被动轮齿面中间凸起、主动轮齿面中间凹陷。塑性变形会使齿面偏离渐开线形状，引起齿轮传动比的变化，产生附加动载荷。齿轮塑性变形和化学腐蚀、表面龟裂等其它类型的一些故障，占齿轮常见故障比例的8%。 二．齿轮振动类型及特征 即便在理想状态下，齿轮传动也会有振动产生，更何况是实际中齿轮的工作环境一般都比较恶劣，再加上齿轮的制造问题、安装问题、
风电齿轮箱的故障分析和维护 风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。 随着风电行业的发展，更多更大功率的机组投入商业化运营，因而其维修费用更高。虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如德国的Renk公司，Fland公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在这方面都作了研究，并且有的企业也付出了很大的代价，但目前世界风电行业所用增速齿轮箱仍然事故较多。因此，采用先进技术，分析其失败的原因，总结和吸收以往开发其它项目齿轮箱成功的经验，研制高技术性能，高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。 一、风电齿轮箱故障分析 （一）、齿轮传动的故障原因分析 齿轮传动是机械设备中设备中最为常用的传动方式之一。风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。据有关资料统计，齿轮箱发生故障有40％的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的，即是由制造单位设计制造引起的；另有43％的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的；还有17％的原因是由于相邻条件（如电机、联轴节等）的故障或缺陷引起的。当然，风电齿轮箱故障原因是否有这比例关系，还要经过统计得出。由此可见，为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行，提高齿轮传动的可靠性，一方面需要改进设计、提高加工制造精度以及改善装配质量，另一方面则必须提高运行管理和维护水平，对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。 (二).齿轮箱中主要故障及其原因分析 据统计,齿轮箱中其次是轴承，占20％；再者是轴，占10％。最后是箱体和紧固件。由此可见，在齿轮箱中齿轮本身的故障所占比重大。说明在齿轮传动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其运行维护水平是关键问题。齿轮在机械加工
风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。 表1 齿轮箱特征频率表Hz
二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。 表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表m/s2
5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在故障。
2.时域分析 通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且有明显的周期性，其频率约大20Hz。
3.频坷分析 由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率的幅值不对称）。 从5#机组功率谱密度函数（图7）可以看出，在频率177Hz、196Hz、531Hz及其倍频处幅值和4#机组（图8）相应测点相比成倍数增大。而177Hz是高速轴转频的7倍频，196Hz、531 Hz是齿轮箱第II级、第I级的啮合频率，因而可判断故障出现在第II级、第Ⅲ级。
振动测试和分析技术综述 黄盼 （西华大学，成都四川 610039） 摘要:振动测试和分析对结构和系统动态特性分析及其故障诊断是一种有效的手段。综述了当前振动测试和分析技术，包括振动测试与信号分析的国内外发展概况、振动信号数据采集技术、振动测试技术、以及振动测试与信号分析的工程应用，最后对振动测试与分析技术的未来发展方向进行了展望。 关键词:振动测试; 信号分析; 动态特性; 综述 Summary of Vibration Testing and Analysis HuangPan ( Xihua University，Chengdu 610039，China) Abstract: Vibration testing and analysis is an effective tool in analyzing structure and system dynamic characteristic and detecting the failures of structures,systems and facilities. The present paper reviews the current vibration testing and analysis techniques，including the development of vibration measurement and analysis of domestic and foreign，vibration signal data acquisition,vibration testing technology ,vibration measurement and analysis in engineering application. Finally,the future development in the field of vibration testing and analysis is predicted. Key words: vibration testing; signal analysis; dynamic characteristic;overview
齿轮常见故障信号特征与精密诊断 齿轮故障比较复杂，上节所述的几种信号分析处理方法针对齿轮故障诊断是非常有效的，但在实际工作中，通常是先利用常规的时域分析、频谱方法对齿轮故障做出诊断，这种诊断结果有时就是精密诊断结果，有时还需要利用上节所述的分析处理方法进一步对故障进行甄别和确认，最终得出精密诊断结果。 一、正常齿轮的时域特征与频域特征 没有缺陷的正常齿轮，其振动主要是由于齿轮自身的刚度等引起的。 (1)时域特征 正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波形，如图1所示。 (2)频域特征 正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及其谐波分量，即有nf c（n＝1,2,…），且以啮合频率成分为主，其高次谐波依次减小；同时，在低频处有齿轮轴旋转频率及其高次谐波mf r（m＝1，2，…），其频谱如图2所示。 图1 正常齿轮的低频振动波形 图2 正常齿轮的频波 二、故障情况下振动信号的时域特征与频域特征 1.均匀磨损
齿轮均匀磨损是指由于齿轮的材料、润滑等方面的原因或者长期在高负荷下工作造成大部分齿面磨损。 (1)时域特征 齿轮发生均匀磨损时，导致齿侧间隙增大，通常会使其正弦波式的啮合波形遭到破坏，图3是齿轮发生磨损后引起的高频及低频振动。 图3 磨损齿轮的高频振动(a)和低频振动(b) (2)频域特征 齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量nf c（n＝1，2，…）在频谱图上的位置保持不变，但其幅值大小发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。分析时，要分析三个以上谐波的幅值变化才能从频谱上检测出这种特征。图4所示反映了磨损后齿轮的啮合频率及谐波值的变化。 随着磨损的加剧，还有可能产生1/k（k=2，3 ，4 ，…）的分数谐波，有时在升降还会出现如图5所示的呈非线性振动的跳跃现象。 2.齿轮偏心 齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，这种故障往往是由于加工造成的。 (1)时域特征 当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动，图6为齿轮有偏心时的振动波形。
基于小波变换的齿轮箱故障诊断 【摘要】随着公司的加工设备越来越高精尖，对齿轮传动提出了更高的要求。本文对齿轮箱故障诊断特点和方法进行分析，并举例介绍了小波变换在齿轮箱故障诊断中的应用。利用小波变换对齿轮箱工况信号进行分解，重构以及提取细节信号包络谱，快速准确判断出齿轮箱设备运行状态是否异常，并利用BP神经网络进行故障诊断定位，比传统方法更有效。为公司对齿轮箱故障进行提前预防并保证齿轮箱运行效率，提供科学依据。 【关键词】齿轮箱；故障诊断；小波变换；BP神经网络 Abstract：As companies increasingly sophisticated processing equipment, on a higher gear requirements.The thesis analyze the characteristics and the method of gearbox fault diagnosis, and give a example to introduce the application of wavelet transform in gearbox fault diagnosis. The wavelet transform can be used in the gearbox condition signal to decompose and reconstructed as well as extract the detail signal envelope spectrum, the operators can accurately and quickly determine wether the gearbox equipment operation is abnormal, and make use of BP neural network to locate the fault diagnosis. The method is more effective than traditional methods. Gearbox fault for the company in advance to prevent and ensure operational efficiency gearbox, providing a scientific basis. Keywords: gearbox ; ault diagnosis; wavelet transform; BP neural network 齿轮箱是机械设备中的关键部件，其质量优劣直接影响整体设备的运行和精度。由于齿轮箱工作环境复杂恶劣，其精确性和各部件的磨损及裂纹日趋成为齿轮箱各部件监测诊断的关键。为了更好地监控齿轮箱运行的状态，做到故障提前预防，使设备发挥出更高的经济效益，对齿轮箱进行了故障信号诊断。齿轮箱构件故障诊断分为检测信号、提取特征、识别状态以及决策诊断四步。在齿轮箱运行过程中利用现代化的测试分析手段，监测其运动形态，分析故障产生的原因与机理，通过信号分析与处理识别产生故障的部位以及故障程度，提出一种能在多干扰、低信噪比的复杂振动信号中，准确、快速提取故障特征信息并判决故障的方法，是齿轮箱运行状态监测与诊断领域亟待解决的问题[1]。 小波变换是近年发展起来的一种新的时域-频域分析方法，克服了短时傅里叶变 换在单分辨率上的缺陷，在时域-频域都有 表征信号局部信息的能力，具有多分辨率分
输电线微风振动测试技术报告 任课教师：刘娟 组员： 2016年6月10日
1 大跨越输送线路背景 线路大跨越是输电线路的重要组成部分，在线路运行过程中具有特殊重要地位。架空电线路经常发生超过允许幅值的微风振动，往往导致某些线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断股，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等，其中导线疲劳断股是架空送电线路普遍发生的问题，严重时需要将全线路更换为新导线。所有的高压送电线路都受到微风振动的影响，尤其在线路大跨越上，因具有档距大、悬挂点高和水域开阔等特点，使风输给导地线的振动能量大大增加，导地线振动强度远较普通档距严重。 2 微风振动的原理与波形特点 2.1 微风振动原理 导线的振动是由于风作用于导线而产生的“卡门旋涡”造成的。把一个圆柱体,水平地放在风洞的试验中,并把圆柱体的两端刚性地固定住。如图1所示,当风vs从垂直于圆柱体轴线的方向作用于圆柱体后,在圆柱体的背后将产生旋涡,这种旋涡称为卡门旋涡。旋涡发生在圆柱体背风面处,上下交替地产生,不断地离开圆柱体向后延伸,渐渐消失。由于这种上下交替旋涡的产生,风对于圆柱体的作用除了有一个水平的压力外,在圆柱体上还有一种上下交替的力,在此交变力的作用下圆柱体产生持续振动。 图1 卡门涡街 卡门和司脱罗哈最早研究了旋涡的特性后发现,当出现振动时旋涡有比较稳定的频率f ,常称为司脱罗哈频率或冲击频率,这个交变力的频率与风速,圆柱体 s 的直径有如下关系:
另外，导线之所以能够持续振动其主要是由于同步效应作用的结果。风作用 于圆柱体后,由于产生卡门旋涡,根据上式,导线会以一定的频率f s 开始振动,如 果风对圆柱体产生的冲击频率与圆柱体的固有频率f 相同时,则会引起谐振使作用于圆柱体上的交变冲击力变大,激发圆柱体产生较大振幅的振动。当圆柱体以 f 0=f s 的频率振动后,气流将受到导线振动的控制,导线背后的旋涡将表现为很好 的顺序性,其频率也为f 0。当风速在一定范围内变化时,(约相应f 的士20%范围), 圆柱体的振动频率和旋涡的频率都不变化仍保持为f s ,这种现象称为“同步效应”。 电线受到微风(1一3级)吹拂时,由于产生卡门旋涡和同步效应(或锁定效应),加之电线振动振幅的自限作用,使得电线产生小振幅的持续振动,即微风振动。电线的振动波形有单一的驻波和行波,最常见的是有由以上二者混合成的拍频波。 (1)图所示波来回于档内时能出现这种波形,可观察到某点发生间歇性振动, 行波产生的原因可能是由于杆塔振动带动线夹上下振动,一般在振动发生的初期可能出现这种行波。 图2行波 (2)图3所示当档内具有同样风吹时会产生这种大体上具有相同振幅和频率 且波节、波腹位置不变的驻波。
齿轮故障分析及诊断方法的比较 [摘要]这里对齿轮故障机理进行了分析，揭示了齿轮振动信号的故障特征。对时域分析法、频域分析法、频谱包络分析法、时延相关解调法、小波滤波分析法等故障诊断方法进行了分析比较。 [关键词] 故障诊断时域分析频域分析小波分析 一、齿轮故障机理及其振动主要特征 齿轮箱是各类机械的变速传递部件。造成齿轮箱故障的原因，主要是由于设计不当，制造不良和维护操作不善引起的。常见的齿轮失效形式有四种:即断裂、磨料磨损、粘附磨损或擦伤、以及疲劳剥落。 1．断裂和磨料磨损失效。齿轮承受载荷，如同悬臂梁，其根部的弯曲应力最大。由于过载，特别是冲击载荷，会引起整个齿与其相应部分断裂。当周期性的应力过高时，也会引起疲劳断裂。当轮齿工作面间有金属微粒、金属氧化物或其他磨料存在时，会引起磨料磨损。 2．齿面引起粘附磨损或擦伤失效。这种擦伤是两个啮合的齿面在相对滑动时油膜破裂。在摩擦和表面压力的作用下产生高温，使接触区内的金属局部熔焊继之以撕裂的现象。在齿面的滑动方向上可以看到粗糙的、高低不平的条纹，严重时可以看到表面层熔化的迹象。一般，润滑油粘度过低、转速过低、运行温度过高、齿面上单位面积载荷过大、相对滑动速度过高、以及接触面积过小，均会使油膜易于破裂而造成齿面擦伤。 3．齿面剥落失效。当齿面的接触应力超过材料允许的疲劳极限时，在表面层开始产生微细的裂纹，继之由小块剥落扩大造成挣开剥落，当剥落的面积不断增大时，齿面上剩余的有效工作面积无法再继续承担外部载荷，从而使整个齿产生断裂。 4．齿面疲劳裂纹失效。齿轮在啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动。因此齿面的疲劳裂纹是由于两种应力综合作用的结果。在滚动中，齿面接触区内的正压力使表面层深处产生剪应力，当此剪应力最大值超过材料的强度极限时，开始出现裂纹。另一方面，齿面的相对滑动，又会使表面产生拉应力。 齿轮箱装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。基于振动信号分析的机械监测诊断技术，是齿轮诊断的主要方法。 与齿轮故障引起的振动有以下两个主要特征: