【深度好文】齒輪箱故障簡易診斷方法詳解

01 振動檢測的主要步驟

一般情況下，若查明被測對象有不平衡、不對中、松動、葉片膜振蕩等現(xiàn)象時，則測位移或速度較好；若查齒輪、軸承、葉片等故障時，則測加速度較敏感。在平時的狀態(tài)檢測中，最好對三個參數(shù)同時進(jìn)行測量和記錄。

1）正確選擇檢測儀

不同種類的傳感器具有不同的可測頻率范圍，測試前應(yīng)該結(jié)合研究對象的主要頻率范圍來選定適當(dāng)儀器。一般來說，接觸式傳感器中，速度型傳感器適用于測量不平衡、不對中、松動接觸等引起的低頻振動，用它測量振動位移，可以得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)；加速度傳感器適用于測量齒輪、軸承故障等引起的中、高頻振動信號，但用它測量振動位移往往不太穩(wěn)定。因此，加速度傳感器測量儀一般只用于測振動速度，其優(yōu)點(diǎn)是能測到高頻振動信號。

2）正確選擇測點(diǎn)的位置

測點(diǎn)位置和傳感器安裝位置同上述的兩個因素一樣，能決定測到什么頻率范圍的振動。實際被測對象都有主體與部件、部件與部件之間的區(qū)別。必須找出最佳的測振位置，合理布點(diǎn)。

3）傳感器安裝固定

在振動檢測過程中，傳感器必須和被測物緊密接觸。如果在水平方向上產(chǎn)生滑動或者在垂直方向上脫離接觸，都會使檢測結(jié)果嚴(yán)重畸變，記錄無法使用。通常使用的固定方法有螺釘聯(lián)接固定、蜂蠟固定、膠合固定、絕緣連接固定、磁鐵連接固定等。

4）定期標(biāo)定儀器

因為測振儀中某些元件的電氣性能和力學(xué)性能會隨時間和使用程度而變化，所以測振儀器在使用過程中需要經(jīng)常標(biāo)定，特別是壓電型加速度計，其壓電系數(shù)會隨時間的延長而降低。因此，為了保持測量精度，最好每年復(fù)核一次。

5）測試數(shù)據(jù)整理

按上述幾點(diǎn)測得的振動數(shù)據(jù)，需要按設(shè)備分別整理，畫出趨勢圖，同基準(zhǔn)值比較，才能一目了然地看出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。一般情況下，這種整理工作可采用手工方式；但是，當(dāng)需要作狀態(tài)監(jiān)測、傾向管理的設(shè)備數(shù)量較多時，必須借助于計算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作。

02 齒輪箱振動簡易診斷的方法

由于齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻率成分多，齒輪箱簡易振動診斷方法一般應(yīng)具備時域分析和頻譜分析兩種測試處理和分析手段，并在長期定時定點(diǎn)檢測的基礎(chǔ)上進(jìn)行。齒輪箱簡易診斷方法一般由振動測試參數(shù)和簡易診斷儀器選擇、結(jié)構(gòu)分析、測點(diǎn)選擇、測試時間間隔選擇、建立特征參數(shù)檔案、判斷標(biāo)準(zhǔn)選擇和制定、定時或調(diào)整時間間隔進(jìn)行振動測試、趨勢分析、儀器定期標(biāo)定九個部分組成。

1）振動測試參數(shù)和簡易診斷儀器選擇

齒輪箱簡易診斷一般以箱體振動速度的測量作為首要選擇的參數(shù)，振動速度的均方根值就是振動烈度，是檢測中的重要指標(biāo)，可配置手持式振動儀進(jìn)行測試，也可以配置傳感器為振動加速度的手持式振動儀進(jìn)行測試，但測試效果不如采用振動速度傳感器好。因齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳遞途徑多，所以有條件的情況下可以采用對振動速度或加速度進(jìn)行頻譜分析作為檢測參數(shù)，配置帶簡易頻譜分析的數(shù)據(jù)采集器和相應(yīng)的離線振動分析軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采集器可以代替便攜式測振儀進(jìn)行定期巡檢，又具有簡易頻譜分析的功能，是齒輪箱故障診斷較好的簡易診斷儀器。

振動烈度：必備，測量振動速度的均方根值，配置手持式振動儀進(jìn)行測試。根據(jù)相應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的警告界限值和故障界限值。

振動速度或加速度的頻譜分析：有條件的情況下選配，測量振動速度或加速度的幅值譜，配置帶簡易頻譜分析和檢測的數(shù)據(jù)采集器和相應(yīng)的離線振動分析軟件系統(tǒng)進(jìn)行測試分析。根據(jù)相應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)和特征頻率等制定相應(yīng)的頻譜窄帶警告界限值和故障界限值。

2）結(jié)構(gòu)分析

首先要對齒輪箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，重點(diǎn)是分析軸承座的部位，并分析哪些軸和齒輪是高速重載，以幫助確定測點(diǎn)的布置；分析電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和各傳動鏈齒輪的齒數(shù)、傳動比，以幫助確定各軸的轉(zhuǎn)頻、嚙合頻率；分析各軸承座等滾動軸承的型號，以幫助確定各滾動軸承的通過頻率。

3）測點(diǎn)選擇

齒輪箱故障診斷測點(diǎn)選擇一般應(yīng)遵守以下幾個原則：

a）軸承座附近是天然的最佳測點(diǎn)。齒輪箱中軸或軸承發(fā)生故障，其振動信號經(jīng)過齒輪、軸和軸承傳遞到軸承座，再通過箱體傳遞到測點(diǎn)位置，振動信號在傳遞過程中幅值要衰減，高頻成分幅值衰減比低頻成分快得多。如果滾動軸承發(fā)生故障，則包含故障信息的振動信號直接傳遞到軸承座，所以在軸承座附近布置測點(diǎn)是最佳位置，振動信號的衰減和畸變最小。一般所有的軸承座至少布置一個測點(diǎn)，在這個測點(diǎn)要進(jìn)行2-3個方向的振動測量。由于結(jié)構(gòu)原因很多軸承座附近沒有辦法布置測點(diǎn)，此時應(yīng)選擇盡可能靠近這些軸承座的位置布置測點(diǎn)。

b）重要部位的測點(diǎn)可以布置多、密一些，其他不重要部位的測點(diǎn)可以布置少、稀一些，特別是一些負(fù)荷重、轉(zhuǎn)速高的軸和容易發(fā)生故障的軸和軸承的軸承座附近一定要多布一些測點(diǎn)。

c）測點(diǎn)的選擇要兼顧軸徑向平面的水平與垂直兩個方向和軸向方向。不一定所有位置都要進(jìn)行三個方向的振動測試，但重要的部位一般要進(jìn)行三個方向的振動測試，特別要注意不要忽略軸向振動測試，因為齒輪箱很多故障都會引起軸向振動能量和頻率發(fā)生變化。

d）要在比較平坦的箱體表面布置測點(diǎn)，以便安裝和拆卸振動傳感器，如有必要，要加工一些可以安裝三個方向傳感器的傳感器安裝座。

e）簡易診斷的測點(diǎn)不宜過多，選取合適的測點(diǎn)就可以了。

4）測試時間間隔的確定

對于開始測試時，每次振動測試的時間間隔可以短一些，以一周一次較好；在振動量的平穩(wěn)小幅上升或小幅波動期間，每兩次振動測試的時間間隔可以長一些，幾周一次或一個月一次；另外，在齒輪箱修理和保養(yǎng)前后，要進(jìn)行一次振動測試，以分析修理和保養(yǎng)前后振動的大小來觀察修理和保養(yǎng)的效果。

5）建立特征參數(shù)檔案

主要是建立傳動箱各軸的轉(zhuǎn)頻、齒輪嚙合頻率、滾動軸承運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征頻率，為頻譜分析檢測診斷建立相關(guān)特征參數(shù)表。

6）判斷標(biāo)準(zhǔn)選擇和制定

分為振動烈度的警告界限值、故障界限值和頻譜窄帶警告界限值、故障界限值的選擇和制定。振動烈度的警告界限值和故障界限值：如果有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則首先選擇企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；如果沒有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；如果沒有企業(yè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則可以參考相應(yīng)的國際或國家標(biāo)準(zhǔn)制定。

7）定時或調(diào)整時間間隔進(jìn)行振動測試

對齒輪箱可以根據(jù)具體的工作狀況采用定時振動測試，在發(fā)現(xiàn)定時測試的結(jié)果有異的時候，可以調(diào)整時間間隔進(jìn)行更密集的測試，以發(fā)現(xiàn)是否存在故障。

8）趨勢分析

根據(jù)定時或調(diào)整時間間隔測試得到的結(jié)果，建立相應(yīng)的測試檔案，根據(jù)檔案進(jìn)行齒輪箱故障的趨勢分析，以達(dá)到及時預(yù)測和發(fā)現(xiàn)故障。一般趨勢分析報警的方式有兩種，一種是根據(jù)量值的大小報警，一種是根據(jù)量值大小的變化率報警。量值大小的變化率反映了設(shè)備的劣化速度，例如，在同樣的監(jiān)測時間間隔里，正常量值大小的變化量是2%以內(nèi)，異常量值大小的變化量就可能達(dá)到10%以上。

9）定期標(biāo)定儀器

測振儀中某些元件的電氣性能和力學(xué)性能會隨時間和使用程度而變化，測振儀器在使用過程中需要經(jīng)常標(biāo)定，以保持測量精度。