齿轮传动系统的故障诊断方法研究应用.doc

齿轮传动系统故障诊断办法研究内容提纲：在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮互相啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式机械振动。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各种缺陷和故障必然引起机械振动状态（或信号）发生变化。因而，在齿轮传动系统振动信号中，蕴涵有它健康状态（故障与无端障）信息，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故障。核心词：齿轮故障;故障诊断;振动;裂纹目录引言1第一章影响齿轮产生振动因素21.1振动产生21.2振动故障2第二章齿轮裂纹故障诊断42.1裂纹产生因素42.2齿轮裂纹分类、特性、因素及防止办法42.2.1淬火裂纹42.2.2磨削裂纹42.2.3疲劳裂纹52.2.4轮缘和幅板裂纹6第三章齿轮故障诊断办法与技术展望73.1齿轮故障诊断办法73.1.1时域法73.1.2频域法73.1.3倒频谱分析83.1.4包络分析83.1.5小波分析办法83.2齿轮故障诊断技术展望9结论10致谢11参照文献12引言随着科学技术不断进步，机械设备向着高性能、高效率、高自动化和高可靠性方向发展。齿轮由于具备传动比固定、传动转矩大、构造紧凑等长处，是变化转速和传递动力最惯用传动部件，是机械设备一种重要构成某些，也是易于故障发生一种部件，其运营状态对整机工作性能有很大影响。在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮互相啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式机械振动。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各种缺陷和故障必然引起机械振动状态（或信号）发生变化。因而，在齿轮传动系统振动信号中，蕴涵有它健康状态（故障与无端障）信息，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故障。第一章影响齿轮产生振动因素1.1振动产生在齿轮传动啮合过程中，影响齿轮产生振动因素诸多，有大周期误差也有小周期误差。产生大周期振动因素重要是齿轮加工过程中运动偏心和几何偏心以及安装中对中不良；产生小周期振动因素重要有齿轮加工中主轴回转误差，啮合刚度变化，齿轮啮入、啮出冲击，以及在运营过程中产生断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重胶合等等。其中啮合刚度周期性变化是齿轮系统振动重要激振源之一。它周期性变化重要由如下两个因素所致：一是随着啮合点位置变化，参加啮合单一齿轮刚度发生了变化；二是参加啮合齿数在变化。如图1-1所示，在啮合开始时(A点)，积极轮齿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，而在啮合终结时(D点)，状况则相反。设齿副I啮合刚度为k1，齿副П啮合刚度为k2，则总啮合刚度为k=k1+k2。由图1-1可以看出总啮合刚度随着从单啮合区到双啮合区而作周期性变化。图1-1直齿轮啮合刚度变化图1.2振动故障当齿轮存在大周期故障时，如运动偏心和几何偏心，则仿真出来齿轮啮合振动信号频谱图形如图1-2所示。由图中可以懂得，随着齿轮大周期误差幅值增大，谐波分量幅值也会线性增大。而以啮合频率为中心以旋转频率为间隔边带频率是由于信号调制产生，即高频齿轮啮合频率受到齿轮旋转频率调制，且随着大周期误差增大而增大。图1-2齿轮偏心时频谱图当齿轮存在诸如点蚀剥落等小周期误差时，则仿真出来齿轮啮合振动信号频谱图形如图1-3所示。齿轮在运转过程中存在小周期误差时齿轮运转速度大小会有所变化，当小周期误差大时这种现象会更加严重。依照频率调制理论可知，齿轮运转振动信号频谱图会形成啮合频率及其高次谐波以及分布在它们周边以旋转频率为间隔边带成分，它们振幅随故障恶化而加大。图1-3齿轮点蚀剥落故障时频谱图第二章齿轮裂纹故障诊断2.1裂纹产生因素齿轮浮现裂纹，按其形成特点，可分为两大类:工艺裂纹和使用裂纹。工艺裂纹是生产齿轮工艺不当而导致材料缺陷所致，并在一定载荷条件下失稳扩展导致齿轮失效，如锻造裂纹，锻轧裂纹，焊接裂纹、热解决裂纹(邓淬火裂纹)、磨削裂纹等;而使用裂纹是在零件使用过程和环境中产生，并进而扩展导致齿轮失效，如疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等。2.2齿轮裂纹分类、特性、因素及防止办法2.2.1淬火裂纹如图2-1图2-1淬火裂纹特性：在淬火时产生，多数呈发丝状，有时能自行扩展。裂纹有沿齿根圆角半径方向，有在齿两个端面，也有穿越齿顶或存在在齿端面表面硬化层与心部交界处。较大裂纹初始部位常有锈蚀或氧化痕迹。淬火裂纹也也许在齿轮使用一段时间后才见到。它常为其她损伤形式（如疲劳断齿）根源。因素：重要是淬火过程中产生过大内应力。它普通由不适当淬火工艺，如升温过急、淬火过急、淬火过缓等引起。齿端面上裂纹，普通由硬化层与心部交界处相变不协调引起。防止办法：依照齿轮材料、尺寸、构造和工作规定制定合理淬火工艺规程，并严格加以控制，防止淬火速度过高或过低，淬火温度不适当。对淬火后齿轮应严格检查。2.