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   1.概述

    目前，用于传递动力与运动的机构中，齿轮减速机的应用非常广泛。齿轮减速机是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，随着现代化机械设备的不断大型化、复杂化.其工作和结构形式愈加复杂，经常性引发设备故障.在线对齿轮减速机的工况监测与故障诊断技术运用也就显得更加重要。关于齿轮减速机故障诊断分析方法和测试手段，国内外学者做了一些定性研究和典型案例分析。在此运用故障诊断分析技术对一台二次圆筒混合机的三级齿轮齿轮减速机噪声超标的原因进行分析，并结合现场测试数据，分析出齿轮减速机齿轮存在缺陷的主要影响因素，提前预测设备隐患，由此提出相应的解决办法。

    2.齿轮减速机特征频率分析

齿轮减速机特征频率主要包括轴频、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。

    造成齿轮振动故障的主要原因如下。

    (1)齿轮制造和安装误差引起的故障。齿轮在制造过程中存在误差或由于装配过程中产生的误差，降低了齿轮的啮合精度，导致齿轮的振动和噪声增大，增大了齿轮的故障率，在频谱图上表现为啮合频率及其各次谐波幅值的变化。

    (2)齿轮自身固有运动(工作环境)引起的故障。齿轮在啮合过程中，齿与齿连续冲击使齿轮产生受迫振动.产生噪声，在频谱图上表现为齿轮的啮合频率。

    (3)齿轮表面损伤故障。

    ①齿面磨损。齿轮由于齿面剥落、拉伤等缺陷发展到一定程度时，齿轮每转I圈就会相互撞击1次，产生明显的冲击现象。每一次撞击相当于I个脉冲激励，脉冲响应函数为齿轮固有的衰减振动，从而构成了周期性较高频率的冲击振动信号，循环周期就是轴的旋转周期，衰减振动频率就是齿轮的固有频率。

    ②齿面点蚀、崩齿。齿轮在啮合过程中，尤其是因为齿轮磨损、齿隙增大时都会产生啮合振动，振动频率为齿轮啮合频率。例如:某点出现缺陷(如点蚀、崩齿)时.齿轮啮合过程中产生短期的“加载”、“卸载”效应，产生幅值调整和频率调整信号，其在频域上表现为以啮合频率为中心，以轴的旋转频率为间距的一组谱线，即边频带。

    ③轴弯曲。旋转轴当出现重度弯曲时，时域中通常会明显地出现以一定时间为间隔的冲击振动，边带数量多且密集。

    ④齿轮动不平衡。具有不平衡质量，或者偏心的齿轮在转动过程中造成齿轮副的不稳定运行。在该不平衡力矩的激励下，产生以调频为主，调幅为辅的振动，将在啮合频率及其谐波两侧产生边频带.受不平衡力的激励，齿轮轴的旋转频率及其谐波的能量也有相应的增加。

    ⑤齿轮箱内部松动。在转速较低的升速与降速过程中会出现突然随机剧烈声响，在时域图上表现为突然大幅度断续上升，具有较大的随机性。

    ⑥齿轮齿根出现裂纹。时域表现为以齿轮旋转频率为频率的冲击脉冲，其频域特征是以旋转频率处出现谐波。

    3.应用实例

    二次圆筒混合机的齿轮减速机在运行点检时发现其振动噪声较大，随之用测振仪测量一段轴的垂直振动值为7.95mm/s.发现齿轮减速机存在较大隐患，需要及时在线做出诊断和制定处理方案。

    两齿轮啮合时产生了振动，该振动频率称为啮合频率。啮合频率及其他一些高频成分两侧是由于故障调制效应产生的边频带。经计算，该齿轮减速机的轴和齿轮啮合的特征频率见表1。

利用振通932双通道振动信号分析仪及振通MCM3.0设备状态监测诊断软件进行测量、分析。

    首先，从齿轮减速机的加速度频谱图〔图1)上发现，除齿轮转频之外还有1个比较明显的频率372.5H正好接近齿轮减速机一级啮合频率，且该处边频的频率间隔为3.5Hzo zi与:2啮合频率符合测量频率372.5Hz，说明第一级齿轮与第二级齿轮啮合存在问题。

    其次，由于轴弯曲和齿轮本身存在的缺陷和故障均可产生调制现象。调制的载波频率有三种:啮合频率及其高次谐波、齿轮谐振频率、箱体谐振频率。

    不同激励能量有不同的调制振动:①故障较轻.如轻微的轴弯曲或面积小、数最少的齿面点蚀，啮合频率为载频，轴频为调制频率;②故障较严重、激振能量较大时，齿轮本身的谐振频率为载波频率;③故障非常严重、激励能量非常大时，箱体固有频率为载波频率。

    不同故障情况下，啮合频率呈现不同的形态:①正常齿轮在一转内时域平均信号，信号由均匀的啮合频率分量组成;②齿轮安装对中不良，啮合频率受幅值调制，调制频率为转频及其低阶谐频;③齿面严重磨损，啮合频率严重偏离正弦信号，由于是均匀磨损故振幅起伏不大;④齿轮有局部剥落，振幅在某一部位有突跳。

 从图I可看出是以一段轴齿轮的啮合频率和倍频为载波频率，并且二倍频也比较明显，通过对频谱图以及其边频带分析，可知，故障主要是由齿形误差引起的，原因是由齿轮安装对中不良或者联轴器安装不同心造成的齿形误差。

    为此，利用停机检修时间拆解齿轮减速机，分别对齿轮表面进行清洗检查，未发现点蚀或齿面磨损;检查联轴器对中发现，联轴器对接缝处呈喇叭口形状，这正是齿轮减速机频谱异常的原因所在。重新找正电机和齿轮减速机对中后开机运行，噪声降低、振动异常消失.频谱正常。

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