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齿轮箱产品检验指导书1 适用范围适用于齿轮箱产品检验。
2 齿轮箱产品检验按照单机检验规范和要求检验，检验项目和内容如下：2.1 外观及附带资料检验2.1.1铸件不允许有明显的披缝、凹陷、飞边、胀箱等缺陷；2.1.2焊缝符合图纸要求，表面光滑平整，无裂纹、焊瘤、焊渣、飞溅；2.1.3经过喷砂（丸）处理，表面质量等级应达到Sa2级，经过手工或机械打磨，表面质量应达到St2级；2.1.4外露结合面边缘整齐、均匀，不应有明显的错位；2.1.5表面漆膜厚度，遵从技术文件要求，油漆无流挂、漏涂、污物、剥落现象；2.1.6装入沉孔的螺钉不应高于零件表面，其头部与沉孔之间不得有明显偏心；固定销、螺栓尾端应略高于零件表面；外露轴端略高于包容件的端面，内孔表面与壳体凸缘间的壁厚应均匀对称；2.1.7外露件表面不应有磕碰、锈蚀、锐角、飞边、毛刺、残漆、油污、型砂，外露的螺钉、螺母、定位销等紧固件应完整，不得有扭伤锤伤划痕，安装牢固，不应有松动现象；2.1.8电机等配套件型号、规格与要求一致，外观无损伤、碰伤、掉漆；2.1.9外型尺寸及安装孔位符合图纸要求；2.1.10附带资料齐全（关键件及部件出厂检验记录、热处理或振动时效报告、特殊材质证明、技术图纸、配套的未装零件和外购件明细）。
2.2 空运转试验试验前，检查油位，加注润滑油。
试验在无负荷状态下进行，试验条件与齿轮箱产品工况一致，试验不少于4小时，正反各2小时。
用以检验齿轮箱的运转状态、温度变化、功率消耗，以及运转动作的灵活性、平稳性、可靠性、安全性。
检验项目和内容如下：2.2.1轴承温度检测：运转开始和结束时，用红外测温仪在轴承端盖处检测轴承温度。
轴承温度及温升，应符合技术协议及相关技术文件要求，如无明确规定，可参考以下指标：室温下，滚动轴承温度不高于80℃，温升不超过40℃。
2.2.2传动噪声检测用声级计进行检测，测点位置的确定按下列原则：先估算设备尺寸，根据尺寸确定测点的位置。
线上虚拟仿真实习报告一、实验目的：大型齿轮箱集成度高、结构复杂、性能要求高，受资金、场地的限制,实物实验成本高、箱体内部结构不易见、动态运行参数不易测，难以开展系统级传动系统结构设计能力训练。
依托重庆大学机械工程双一流学科、机械传动国家重点实验室和国家级机械基础实验教学示范中心、机械基础及装备制造国家虚拟仿真实验教学中心等国家级教学科研平台，与行业、企业合作共建、共享，将国家级科研成果转化为实验教学内容，充分运用信息技术开展虚拟仿真实验教学，有效解决了教学难题，提升学生机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力，满足产业发展对人才知识结构需求。
实验目的：（1）通过交互式减速箱结构分析实验软件，了解减速器箱体内部结构，学习掌握减速器箱体结构如何综合设计满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求，学习减速器辅助部件的选择和设计；（2）通过学习在线学习环节，学习应用现代先进设计方法和手段进行机械传动系统性能仿真分析的方法，了解传动系统参数对机械传动系统性能的影响，学习机械传动系统零部件强度和疲劳寿命分析的方法；（3）通过工程案例虚拟仿真分析和虚拟装配实验环节，了解工程问题的复杂性，学习和掌握机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力。
（4）根据教师发布的创新应用题目，进行机械传动系统方案设计和评估，获得满足要求的机械传动系统设计方案。
二、实验原理：实验教学系统采用交互式虚拟仿真实验软件与工程软件的集成，学生从交互式减速器结构认知到复杂齿轮箱工程案例分析实践，训练机械传动系统设计分析能力，实现知识与能力渐进提升。
按照机械传动系统设计认知规律，构建了层次化、模块化的实验教学系统：从减速器结构分析→单级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→双级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→复杂工程案例虚拟装配→复杂工程案例仿真分析。
减速器结构分析模块：通过问题导向，学习齿轮箱箱体结构如何满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求。
齿轮箱本科实验
1 研究的目的和意义
2、实验室齿轮箱的基本结构
3、齿轮箱各部件常见的故障形式
4、测点布置及分析
5、实例分析（时域信号、时域特征提取；信号的降噪；频域分析）
1）***类故障实例分析
2）***类故障实例分析
3）***类故障实例分析
6、结论及结果分析
置调
置2
轴偏置调
节装置1
轴承及轴
图1 齿轮箱结构及测点示意图
实验测取了变频器显示频率为20Hz 、30Hz 条件下的振动数据，1、2、3、4、5、6测点测了三个方向的数据，7测了Y 方向的数据，8测了Y 、Z 方向的数据。
以变频器频率为30Hz 为例，正常条件下特征频率包括：电机和输入轴工频15Hz ，中间轴工频5.3Hz ，输出轴工频2.96Hz ，第一组齿轮啮合频率510Hz ，第二组齿轮啮合频率255Hz 。
类似的变频器频率为20Hz 时，电机和输入轴工频10Hz ，中间轴工频3.54Hz ，输出轴工频1.98Hz ，第一组齿轮啮合频率340Hz ，第二组齿轮啮合频率170Hz 。
由于齿轮箱故障，预计信号会：
1. Y 轴振动数据的振幅大于X 轴数据~基座不稳，变频器为30Hz 的数据较明显。
2. 测点3和8有能量较高的轴2倍频，4倍频信号~联轴器不对中。
3. 测点4有明显无规则，能量较高低频信号~轴承松动。
注：一级直齿轮为Z 1/Z 2=34/96，二级直齿轮为 Z 3/Z 4=48/86。
实验五齿轮传动效率实验一、实验目的1 了解齿轮传动实验台的基本原理及其结构，绘制实验台结构示意图；2 了解并掌握测定齿轮传动效率的方法。
二、实验设备及工作原理1 实验台的结构及组成齿轮传动实验台结构见图5-1。
图中实验台由主机和控制箱两部分组成，主机由两台异步电动机D1、D2，齿轮箱2，光电数字测速盘3，输出转矩测量器4，连轴器5及底座组成。
D1为主动电动机，D2为负载电动机。
图5-1 齿轮传动实验台结构两只电动机分别由一对滚动轴承悬架支撑，并且电动机机壳未被固定，可绕电动机转子轴自由转动，在两台电动机的机壳顶部装有计量秤，秤杆上装有游码和嵌有水平泡的平衡砣，电机底部装有平衡配重块，其目的是为了便于测定两台电动机输出的工作转距。
两台电动机的尾部装有光电式数字测速盘，测速盘上刻有60条沿圆周方向均匀分布的槽，两侧分别装有红外发光管及光敏三极管。
作为直射式红外光电传感器，测速盘每旋转一周，发出60个脉冲信号给计数器，计数器每一秒采样一次来读取计数，分别显示于控制箱上的转速表上，便于实验人员记录。
控制箱上（图5-2）分别装有两台电机输入电压的调压器B1、B2，以及电压表V1、V2，电流表A1、A2，转速表N1、N2、及启动、停止按钮.(注：下标为1的均为主动电机1的相关数据及控制，下标为2的均为从动电机2的相关数据及控制。
具体数据在实验时按控制箱实际标志而定。
)2 实验台基本工作原理两台同型号的异步电动机分别通过三相调压器并联接入电网，他们的电气参数一致。
实验台在设计时已令两台电动机的转向相反，齿轮箱内与主动电动机连接的主动齿轮Z1的齿数大于与从动电机连接的从动齿轮Z2的齿数。
这样当主动电动机工作在其同步转速n1时，从动电机的转速n2因为主动齿轮的齿数Z1大于从动齿轮齿数Z2，而使从动电动机D2的转数n2大于主动电动机D1的同步转数n1，由于两台异步电动机的型号是一样的，所以它们的同步转速是一样的，因此，当n2>n1时(此时n1为两台电动机的同步转速)，从动电动机的实际转速n2是大于其自身的同步转数n1的，从而使从动电动机D2必然产生一个反向输入力矩，从而实现给电动机D1的加载。
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告齿轮箱是现代机械设备中重要的组成部分，它广泛用于各种机械传动系统中，如车辆、工程机械等。
因此研究齿轮箱的动力学特性对于机械传动系统的设计、优化和性能提升具有重要意义。
本文通过有限元模态分析和试验研究，对齿轮箱的动力学特性进行了分析和研究。
首先进行有限元模态分析，使用ANSYS软件建立了三维齿轮箱模型，并对其进行了固有频率和模态分析。
在分析过程中，设定了模型的约束和加载条件，确保模型模拟的真实性与可靠性。
通过模态分析，得到了齿轮箱的固有频率和模态形态，并且确定出了前几个重要频率的数值。
结果表明，齿轮箱的固有频率主要集中在数百Hz的高频段。
为了验证有限元模态分析结果的准确性，本文设计了试验验证方案。
首先，使用激光精密测量仪对齿轮箱的位移进行测量，并将测试数据存储为动态位移序列。
然后，基于FFT算法对动态位移序列进行频谱分析，得到齿轮箱的频响函数。
最后，通过对比有限元模态分析结果与试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
试验结果表明，模型的预测结果与试验结果相符，二者的误差在可接受范围内。
综上所述，本文采用有限元模态分析和试验验证两种方法，对齿轮箱的动力学特性进行了研究。
结果表明，齿轮箱具有较高的固有频率，且主要分布在数百Hz的高频段。
通过试验验证，证明了有限元模态分析方法的准确性和可靠性。
这些结果对于齿轮箱的优化设计、结构改进和性能提升具有重要参考价值。
齿轮箱的有限元模态分析和试验研究，采用了多项相关数据。
在本文中，我们主要关注以下数据：1. 齿轮箱模型的材料性质2. 模型的约束和加载条件3. 模型的固有频率和模态形态4. 齿轮箱的位移测试数据5. 齿轮箱的频响函数6. 模型预测结果与试验结果的误差对于第一项数据，齿轮箱的材料性质是有限元模型分析的关键。
正确的材料参数可以确保分析结果的准确性和可靠性。
在本文中，我们将齿轮箱的材料定义为铸铁，其杨氏模量为169 GPa，泊松比为0.27。
一、引言随着我国铁路事业的快速发展，火车电机齿轮箱作为火车动力系统的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到火车的运行效率和安全性。
为了提高我国火车电机齿轮箱的设计与制造水平，培养相关技术人才，我们开展了火车电机齿轮箱实训。
本文将对实训过程进行总结，分析实训成果，并提出改进建议。
二、实训目的1. 理解火车电机齿轮箱的结构和工作原理；2. 掌握火车电机齿轮箱的装配、调试和维护方法；3. 培养实际操作能力和团队协作精神；4. 提高对火车电机齿轮箱故障分析和处理能力。
三、实训内容1. 火车电机齿轮箱的结构与工作原理实训过程中，我们首先对火车电机齿轮箱的结构进行了详细分析，包括齿轮、轴承、轴、箱体等主要部件。
通过对齿轮箱内部结构的了解，我们掌握了齿轮箱的工作原理，即通过齿轮的啮合传递动力，实现火车动力的平稳输出。
2. 火车电机齿轮箱的装配与调试在实训过程中，我们亲自动手进行了火车电机齿轮箱的装配与调试。
首先，按照装配工艺要求，对各个部件进行清洗、检查和编号；然后，按照装配顺序进行装配，并对齿轮啮合情况进行调整；最后，对齿轮箱进行试运转，检查其工作状态是否正常。
3. 火车电机齿轮箱的维护与保养实训过程中，我们还学习了火车电机齿轮箱的维护与保养方法。
主要包括以下几点：（1）定期检查齿轮箱的润滑情况，确保齿轮箱内部各部件得到充分润滑；（2）定期检查齿轮箱的密封性，防止润滑油泄漏；（3）定期检查齿轮箱的紧固件，确保其紧固可靠；（4）定期检查齿轮箱的冷却系统，确保其冷却效果良好。
4. 火车电机齿轮箱的故障分析与处理在实训过程中，我们还学习了火车电机齿轮箱的故障分析与处理方法。
主要包括以下几点：（1）了解齿轮箱的常见故障类型，如齿轮磨损、轴承损坏、密封失效等；（2）掌握故障诊断方法，如观察、听诊、检测等；（3）针对不同故障，制定相应的处理措施，如更换齿轮、轴承、密封件等。
四、实训成果通过本次实训，我们取得了以下成果：1. 理解了火车电机齿轮箱的结构和工作原理；2. 掌握了火车电机齿轮箱的装配、调试和维护方法；3. 培养了实际操作能力和团队协作精神；4. 提高了火车电机齿轮箱故障分析和处理能力。
一、前言船用齿轮箱是船舶动力系统中重要的组成部分，它主要负责将柴油机的动力传递到螺旋桨，实现船舶的推进。
为了提高船员的实际操作能力，我们组织了船用齿轮箱的拆装实训。
以下是实训报告的详细内容。
二、实训目的1. 了解船用齿轮箱的结构和组成；2. 掌握船用齿轮箱的拆装方法；3. 培养动手能力和团队协作精神；4. 提高对船用齿轮箱故障分析和排除能力。
三、实训内容1. 船用齿轮箱的结构和组成船用齿轮箱主要由以下几部分组成：（1）箱体：齿轮箱的壳体，起到支撑和保护齿轮、轴承等零件的作用。
（2）输入轴：连接柴油机输出轴，传递动力。
（3）输出轴：连接螺旋桨，传递动力。
（4）齿轮：包括主动齿轮、从动齿轮等，实现动力传递和减速。
（5）轴承：支撑齿轮和轴，保证齿轮箱的正常运转。
（6）密封件：防止润滑油泄漏。
2. 船用齿轮箱的拆装方法（1）拆装前的准备工作1）检查工具和备件是否齐全；2）清理工作区域，确保清洁、安全；3）熟悉拆装步骤和注意事项。
（2）拆装步骤1）拆卸箱体：先拆下箱体上部的盖板，再拆下箱体下部的螺栓，取出箱体。
2）拆卸输入轴：松开输入轴与箱体连接的螺栓，取出输入轴。
3）拆卸输出轴：松开输出轴与箱体连接的螺栓，取出输出轴。
4）拆卸齿轮：先拆卸主动齿轮，再拆卸从动齿轮。
5）拆卸轴承：松开轴承的固定螺栓，取出轴承。
6）拆卸密封件：用专用工具取出密封件。
（3）装配步骤1）安装密封件：按照拆卸顺序安装密封件。
2）安装轴承：按照拆卸顺序安装轴承。
3）安装齿轮：先安装从动齿轮，再安装主动齿轮。
4）安装输出轴：将输出轴与箱体连接，拧紧螺栓。
5）安装输入轴：将输入轴与箱体连接，拧紧螺栓。
6）安装箱体：将箱体与盖板连接，拧紧螺栓。
四、实训总结1. 通过本次实训，我们了解了船用齿轮箱的结构和组成，掌握了船用齿轮箱的拆装方法。
2. 在拆装过程中，我们遇到了一些问题，如拆卸轴承、齿轮等零件时，由于操作不当导致零件损坏。
这提醒我们在今后的工作中，要严格按照操作规程进行操作，确保拆装质量。
齿轮实验台及测试系统介绍1试验台工作参数：输入转速n=1440r/min左右，转速比为12.6346。
实验过程为空载。
2测点布置：1#输入轴轴承盖上方，加速度传感器2#输出轴轴承盖上方，加速度传感器3#输入轴轴承盖上方，速度传感器4#输出轴轴承盖上方，速度传感器图1传感器安装位置图3齿轮箱简介实验用的齿轮箱为圆柱齿轮减速器，结构如图1所示。
它的主要性能参数如下：类型尺寸：ZQ250装配种类：2传动速比：12.64重量：100kg4个齿轮的齿数分别为：Z1=26Z2=73Z3=18Z4=81轴承的型号分别为：输入轴6406；中间轴6406；输出轴6312轴承的滚珠数分别为：1轴轴承滚珠为6；2轴轴承滚珠为6；3轴轴承滚珠为8轴承技术参数型号d/mm D/mm B/mm Db/mm球数640630902319.066 6312601303122.22584实验装置连接图图2实验装置连接图5三相异步电动机参数电动机型号：J0241额定功率：4KW额定转速：1440r/min额定电压：380V额定电流：8.37A重量：61kg6PCB加速度传感器参数型号Model601A11灵敏度10.2mV/(m/s²)频率范围0.27to10000Hz(±3dB)量程±490m/s²7Bently速度传感器参数型号9200-06灵敏度19.7mV/(mm/s)频率范围600to60000Rpm8根据实验中的转速，可计算出实验中各轴的转频和啮合频率如表2和表3所示。
表2齿轮各轴转频轴转速（r/min）转频(Hz)11792.1429.872638.410.643141.84 2.36表3啮合频率齿轮副传动比啮合频率（Hz）1/20.356776.603/40.222191.49表4实验测试齿轮箱上各轴承特征频率轴转速（r/min）转频f(Hz)滚珠数内圈外圈滚珠滚道不圆保持架不平衡11792.1429.876118.0861.1484.54f，nf10.19 2638.410.64642.0621.7830.11f，nf 3.63 3141.84 2.36811.657.239.54f，nf0.90。
实验名称：齿轮箱滚动轴承故障诊断实验试验理论基础：对应于滚动轴承的四种基本故障，即内圈故障、外圈故障、滚动体故障和保持架故障，四个轴承故障特征频率分别被称为内圈通过频率(BPFI)，外圈通过频率(BPFO)。
滚动轴承这四个故障特征频率可通过分析轴承各元件之间的相对运动关系获得。
设轴承外圈固定，内圈随轴旋转的转频为r f ，轴承的节径为P d ，滚动体的直径为B d ，接触角为α，滚动体的个数为z ，并假设滚动体与内外圈之间纯滚动接触。
则(1cos )2r B Pzf dBPFI αd =+ (1cos )2r B Pzf dBPFO αd =- 当轴承发生故障后，在其振动频谱中会出现相应的故障特征频率的谱峰，但实际测得的谱峰对应的频率并不总是精确地等于理论计算所得，这主要是由于实际轴承存在加工误差和安装变形，滚动体并非纯滚动造成的。
故在频谱图中寻找各故障通过频率时需在计算所得的理论值附近寻找。
当轴承表面损伤后，损伤点滚过轴承元件表面时要产生突变的冲击脉冲力，该脉冲力是一宽带信号，除了会在频谱的低频段出现上述的故障特征频率外，必然会覆盖轴承系统的高频固有振动频率而引起谐振，从而引起冲击振动。
受到噪声的影响，直接在振动频谱中寻找故障特征频率显得十分困难，因此工程中普遍采用Hilbert 变换解调技术[100,101]通过对一共振带进行解调，从而分离出轴承故障特征。
试验用变速箱的相关资料：变速箱结构图NNUP311EN型轴承几何参数外径内径节径滚子数滚子直径接触角120mm 55mm 85mm 18 13mm 0°二档时各种输出转速对应的内圈通过频率二档输出转速/rpm 163 243 320 407 483 568 645 转频/Hz 2.72 4.05 5.33 6.78 8.05 9.47 10.75 BPFI/Hz 21.40 31.90 42.01 53.43 63.40 74.56 84.67影响滚动轴承故障诊断的几种因素1采样频率对轴承诊断的影响分析：对于滚动轴承故障的诊断，采用高频率频率进行数据采集和解调分析更有利用轴承故障的诊断。
齿轮传动效率实验 一、实验目的1．了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。
3．在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。
二、．实验条件1、CLS-II 型齿轮传动试验机 三、试验内容封闭齿轮实验机具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱4）， 每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动，两个实验齿轮箱之间由两根轴相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。
当由电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既两对齿轮相互自相传动；由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，由电动机继续提供系统能耗损失的能量。
1.悬挂电动机 2、3、11.传感器 4、7.齿轮箱 5、9.齿轮副 6、10.轴 8.加载砝码要计算齿轮传动效率，要测出电机输出功率和封闭系统内传递的功率。
电机功率为P1：Ｐ1＝n ·T1 / 9550 （ＫＷ）n ：电动机转速，T1：电机输出转矩；封闭系统内传递的功率P2：P2=T2 n / 9550=WLn /19100 (KW)W ：所加砝码的重力（N ）；L ：加载杠杆长度，L= 0.3 m ；n--电动机及封闭系统的转速。
所以，单级齿轮的传动效率为：2/12/121222WL T WL T T T P P P -=-=-=η四、实验步骤1．打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。
2．打开电源，按一下“清零键”进行清零；此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“· ”，说明系统处于“自动校零”状态；校零结束后，转矩显示为“0”。
3．在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋钮，使电动机转速为600 r/min 左右。
4．在砝码吊篮上加上第一个砝码（10N ），在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值，不用写在试验报告生），按一下“保持键”，使当时的显示值保持不变，记录该组数值；然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作，使学生深入了解齿轮箱的结构、工作原理，掌握齿轮箱的拆装技能，提高学生对机械设备的维护和故障排除能力。
二、实训内容1. 齿轮箱概述齿轮箱是机械设备中常用的传动部件，主要用于传递动力和改变转速、扭矩。
本次实训的齿轮箱为CBB型齿轮泵，主要由泵体、齿轮、轴、轴承、密封件等组成。
2. 齿轮箱拆装步骤（1）拆卸前准备工作在拆卸前，首先要了解齿轮箱的结构和各部件的连接方式，准备必要的工具，如扳手、螺丝刀、拉拔器、卡簧钳等。
（2）拆卸步骤1. 将齿轮箱润滑油放洁净，用螺丝刀将箱体外侧轴封拆下来。
2. 用扳手和十字螺丝刀将箱盖螺丝拆下，敲击箱体让箱体松动，用螺丝将两半箱体均匀顶出。
3. 将齿轮一轴二轴与拔叉筒及启动杆与箱体别离，规整摆放好各部分零部件。
4. 用拉拔器将轴承拉出。
5. 用拔销器将中心齿轴拔出。
6. 用敲击法将输出轴拆下。
7. 用卡簧钳将前端盖孔的弹性挡圈拆下，用敲击法将输入轴拆下。
（3）拆卸后的检查与清洗1. 对拆开下来的零件进行检查，清洗零件、箱体、前后箱盖，去除锈、毛刺、污物等。
2. 检查齿轮、轴承、密封件等部件是否有磨损、损伤等情况。
3. 齿轮箱装配步骤（1）装配前的准备工作1. 清洁各部件，检查是否有损坏、磨损等情况。
2. 准备装配所需的工具和润滑剂。
（2）装配步骤1. 按照拆卸的逆向顺序，将齿轮及各轴装配好。
2. 装配轴承、密封件等部件。
3. 检查各部件的装配位置和间隙，确保装配正确。
（3）装配后的检查与调整1. 检查齿轮箱的旋转是否顺畅，有无异常响声。
2. 检查密封件的密封性能，确保无泄漏。
3. 调整齿轮箱的间隙，确保传动平稳。
三、实训心得通过本次实训，我深刻认识到齿轮箱在机械设备中的重要性。
以下是我的一些心得体会：1. 拆装齿轮箱需要掌握一定的技巧和经验，如拆卸顺序、工具使用等。
2. 拆卸过程中要仔细观察各部件的连接方式和装配关系，避免损坏零件。
考虑性能退化的风电齿轮箱加速寿命试验研究陈文华[1,2]郑明亮[1]潘俊[1] 李剑敏[1]李奇志[1](1. 浙江理工大学机械设计与制造研究所杭州310018；2. 浙江大学机械设计研究所杭州310027)摘要：针对风电齿轮箱在设计过程难以有效估算其寿命的问题，提出了一种基于性能加速退化的可靠寿命试验方法。
通过研究齿轮箱的失效模式和失效机理，选择扭矩作为加速应力和传动效率作为性能退化参数，建立其加速退化试验方案，在此基础上利用极大似然估计方法和Miner线性累积疲劳损伤理论，得到齿轮箱的可靠寿命分布预测规律。
以杭州前进齿轮公司某型号齿轮箱的加速性能退化试验数据为例进行可靠性分析。
结果表明：该方法是可行的，能有效缩短试验周期，节约试验成本，为风电齿轮箱寿命试鉴定提供了参考。
关键字：齿轮箱；失效机理；加速退化；寿命分布引言风力发电作为环保能源在全球得到了快速健康的发展[1]。
风电齿轮箱作为风力发电系统的重要部件，其性能和可靠性直接决定了整机系统的可靠性。
目前大多数齿轮箱制造厂商都采用逐级加载载荷的验证方法来检测齿轮的啮合状况、润滑油路及振动噪声情况[2]，但由于试验费用和试验设备的限制，工厂对齿轮箱的各种试验一般只进行几十到几百个小时，试验样本也是极少的，而齿轮箱是一种可靠性高的长寿命产品，通常无法获得失效数据，加上对于风电齿轮箱在复杂、恶劣的随机风载环境下的动态服役行为以及其失效机理还未得到较为深入的研究和分析，一直未建立一套科学合理的寿命试验方法和寿命可靠性的评价体系，因此。
开展复杂载荷工况下长寿命齿轮箱的可靠寿命鉴定试验对风电产业有着极为重大意义。
基于性能加速退化数据的可靠性分析方法是一种评估长寿命产品可靠性的有效方法，它通过对产品加速退化数据的统计分析，预测产品的可靠度或剩余寿命。
本文将基于性能加速退化数据的可靠性分析方法应用于风电齿轮箱的可靠性验证试验中，针对某型号的杭州前进齿轮箱进行研究，分析该种齿轮箱的性能加速退化试验数据，以验证齿轮箱的可靠寿命。
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
1、齿轮正常：
20HZ时：
时间曲线
频谱图
倒频谱
30HZ时：时间曲线
频谱图
倒频谱
结论：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。
(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，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。
(3)20HZ时齿轮啮合频率为595.2HZ；30HZ时齿轮啮合频率为892.8HZ。
2、齿轮故障
1）断齿
20HZ时
时间曲线
频谱图
30HZ时时间曲线
频谱图
2）缺齿
20HZ时
时间曲线
频谱图
30HZ时时间曲线
频谱图
结论：齿轮的局部异常包括齿根部有较大裂纹、局部齿面磨损、轮齿折断、局部齿形误差等，局部异常齿轮的振动波形是典型的以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲。
具有局部异常故障的齿轮，由于裂纹、断齿或齿形误差的影响，将以旋转频率为主要频域特征。
断齿时域表现为幅值很大的冲击型振动,频率等于有断齿轴的转频。
而频域上在啮合频率及其高次谐波附近出现间隔为断齿轴转频的边频带;边频带一般数量多、幅值较大、分布较宽。
缺齿可以看成是最为严重的断齿，其时域冲击性振动更为明显，冲击作用时间短。
频域上在啮合频率及其高次谐波附近出现间隔为断齿轴转频的边频带;边
频带幅值更大、分布更宽。
从倒频谱可以更明显的看出其周期性。
3、轴承正常
20HZ时
时间曲线
频谱图
倒频谱
30HZ时时域图
频谱图
倒频谱
结论：没有缺陷的滚动轴承，其振动主要是由于自身的因素引起的。
(1)时域特征：正常轴承其振动波形近似正弦波。
(2)频域特征：正常轴承的信号反映在功率上，可以分成三个区域，其中以低频段为主。
4、轴承故障
1）滚动体剥落
20HZ时
时间曲线
频谱图
30HZ时时间曲线
频谱图
结论：当滚动体产生损伤时,缺陷部位通过滚道表面时将产生冲击振动。
机器运行出现周期性脉冲。
转速频率为20HZ时，滚动体剥落的脉动频率为79.61HZ；转速频率为30HZ 时，滚动体剥落的脉动频率为119.41HZ。
2）内圈剥落
20HZ时
时间曲线
倒频谱
30HZ时时间曲线
倒频谱
结论：轴承内圈损伤:当轴承内圈损伤时,由于损伤部分与滚动体接触位置不同,振动振幅会发生周期性的变化，产生周期性脉冲。
转速频率为20HZ时，内圈剥落的脉动频率为98.97HZ；转速频率为30HZ时，
滚动体剥落的脉动频率为148.45HZ。
3)外圈剥落
20HZ时
时域图
频谱图
倒频谱
30HZ时时间曲线
频谱图
倒频谱
结论：轴承外圈损伤:轴承外圈损伤时也会产生冲击振动，产生周期性脉冲。
转速频率为20HZ 时，内圈剥落的脉动频率为61.03HZ；转速频率为30HZ 时，滚动体剥落的脉动频率为91.55HZ。
小结：当轴承元件的工作表面出现疲劳剥落、压痕或局部剥落时，机器运行中就会产生周期性脉冲。
这种脉冲作用时间短，形状陡峭，通过机械结构传递，可有安放在轴承座上的加速度传感器来接收。
根据缺陷元件的不同，脉动频率可如下计算：
内圈剥落：)
cos /1(5.0αD d zf f i +=外圈剥落：)
cos /1(5.0αD d zf f o −=滚动体剥落：]cos (1[22αE
d f d E f b −=其中z 为滚动体数目，d 为滚动体直径，E 为滚道节径，f 为转速频率。
五、总结
本次试验通过对齿轮箱几种故障类型进行数据采集，通过对数据简单的进行分析，了解了齿轮箱故障的一些典型特征。
但是由于只是对数据进行简单波形处理以及频谱处理，没有进行其他图形处理，对于齿轮箱齿轮故障的特征不能很好的描述清楚，不能完全了解齿轮故障的特征；而对于轴承故障也只是能够简单的了解与掌握。
齿轮箱是齿轮和轴承同时存在的统一体，它们由于受力变形、加工误差或故意等原因引起的振动通过各自的途径传向传感器，这种由于相互关联、相互影响的各部分组成的信号不能看成是各部分的简单迭加，如何分离、识别不同的故障源，如何提高诊断的灵敏度和可靠性，对于故障诊断技术在工程实际中的推广和应用更有实用价值。
