第2章 齿轮箱的故障和振动信号
2.1齿轮箱故障的主要形式
齿轮箱系统是包含齿轮、轴承、传动轴及箱体等结构的复杂系统。其中主要故障发生在齿轮、轴承和传动轴上。在齿轮箱的诊断中，一般只给出是否产生故障及产生故障的位置，根据振动信号的特点，一般常见的典型故障形式有齿轮失效、轴和轴系失效、箱体共振和轴承疲劳脱落和点蚀等几种【5】。
在这些常见故障中，齿轮和滚动轴承的故障占齿轮箱故障的80％左右【4】。因此，对齿轮和滚动轴承的故障类型和振动机理进行剖析，对于识别齿轮箱故障类型有重要的意义。
2.1.1 齿轮的故障类型及振动机理
（1）齿轮的故障类型 齿轮的故障类型大致可分为以下两种类型：
1）由制造误差和装配误差引起的故障。具体的故障包括齿轮偏心、齿距偏差、齿形误差、轴线不对中、齿面一段接触等故障。齿轮制造时造成的主要缺陷有：偏心、齿距偏差和齿形误差等。齿轮装配不当，也会造成齿轮的工作性能恶化。当齿轮的这些误差较严重时，会引起齿轮传动中忽快忽慢的转动，啮合时产生冲击引起较大的振动和噪声等【5】。
2）运行中产生的故障 齿轮除上述故障外，其在本身运行过程中也会形成许多常见的故障，例如断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重交合等等。齿轮预定寿命内不影响使用的磨损成文正常磨损，如果因使用不当、用材不当、接触面存在硬颗粒以及润滑油不足等原因引发早期磨损，将导致齿轮形变、重量损失、齿厚变薄、噪声增大等后果，甚至会导致齿轮失效。其中若润滑油不足，还会导致齿面胶合，胶合一旦发生，齿面状况变差，功耗增大，从而使得振动信号变强。
（2）齿轮的振动机理 一对啮合齿轮，可以看作一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统，其力学模型如图2-1所示。
图2-1齿轮对的力学模型
其振动方程为【4】：
MrX+CX+K(t)X=K(t)E1+K(t)E2(t) 2-1
式中 X——为沿作用线上齿轮的相对位移
《机械故障诊断技术》读书报告
电机诊断案例分析综述
Motor diagnosis case analysis were reviewed
学 院：机械与汽车工程学院
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：
学年学期：2015-2016学年
第一学期
摘要
由于电机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要，推广中国的高效率电机是非常有必要的。但是在日常使用过程中如何去维护好，其影响可见一斑。本文从五种不同种类电机的故障分析及维护进行了初略的探讨和分析，并给出了一些日常维护的方法。
关键词：电机种类；故障分析；维护保养
Abstract
Due to the development of the motor and a wide range of applications, its use, maintenance
and maintenance work is becoming more and more important, to promote China's high efficiency
of motor is necessary. But in daily use process how to safeguard, its influence is evident. This
article from five different kinds of motor fault analysis and maintenance of slightly discusses and
analysis, and some routine maintenance method is presented.
Keywords：Motor type; Fault analysis; maintenance
目录
1 前言............................................................................................................................1
故障诊断技术在齿轮箱维护保养中的应用
摘要橡胶加工挤出机是一种轮胎行业生产中的关键大型设备，其主要生产各类轮胎胎面胎侧零件，同时为压延生产提供原材料。在这类大型设备的结构中，挤出机的齿轮减速器的正常工作对于整台挤出机是否能够正常工作是极其关键的。由于齿轮减速器本身的工作特点导致其一旦工作失效就会导致整机设备的失效，同时由于大多数齿轮减速器属于封闭式结构，对于这种结构的齿轮减速器如何进行故障诊断一直是企业设备管理工作中的重点与难点。
关键词橡胶加工；维护保养；故障
1齿轮箱齿轮的主要故障特征
1.1齿轮均匀磨损
齿轮的均匀磨损是指齿轮由于长时间工作条件下造成的齿面正常磨损。
频域特征：齿轮均匀磨损后，啮合频率及其谐波分量在频域中原始位置保持不变，但是其幅值将会增大，同时高次分量的幅值增幅相对较大。一般分析频域时，要分析最少3个的谐波幅值的变化才能分析出。
1.2齿轮偏心
齿轮偏心一般指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合。往往是由于齿轮的加工误差造成的。
频域特征：齿轮传动中，齿轮存在偏心问题后，其频谱在两个方面会产生变化。一是，齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值增大；二是，齿轮啮合频率幅值会产生调幅现象，其比所调制的啮合频率要小的多。
图1 齿轮不同轴典型频谱
图2齿轮局部异常典型频谱
1.3齿轮局部异常
齿轮局部异常现象包括：齿轮根部存在裂纹、齿轮面严重磨损、轮齿折断等。局部异常现象的典型振动波形是以齿轮转动频率为周期的冲击脉冲。而其主要的频率特征是以齿轮的旋转频率为主。
齿轮的故障诊断
齿轮的故障诊断
一、齿轮的常见故障
齿轮是最常用的机械传动零件，齿轮故障也是转动设备常见的故障。据有关资料统计，齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。齿轮故障可划分为两大类，一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等，另一类是齿轮本身（即轮齿）在传动过程中形成的故障。在齿轮箱的各零件中，齿轮本身的故障比例最大，据统计其故障率达60%以上。齿轮本身的常见故障形式有以下几种。
1. 断齿
断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。
断齿有三种情况：①疲劳断齿 由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。②过载断齿 对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。③局部断齿 当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿。局部断齿总是发生在轮齿的端部。
2. 点蚀
点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。
在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。如此循环变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即点蚀。
点蚀有两种情况：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀） 通常只发生在软齿面（HB＜350）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。②扩展性点蚀 发生在硬齿面（HB＞350）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。
