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2023
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齒輪故障的振動診斷及案例分析
齒輪傳動的常見故障有齒斷裂，齒磨損， 齒面疲勞，點蝕( 剝落) 和齒輪安裝不當。
由結構和工作時受力條件決定， 齒輪傳動的振動信號較為復雜， 故障診斷需同時進行時域與頻域分析。
齒輪工作過程中的故障信號頻率基本表現為兩部分，一為嚙合頻率及其諧波 (高頻部分) 構成的載波信號;二為低頻成分的幅值和相位變化所構成的調制信號。
一、嚙合頻率及其諧波
當輪齒進入或脫離嚙合時， 載荷和剛度均突然增大或減小，形成嚙合沖擊。齒輪嚙合頻率為Fm=f1·z1=f2·z2當齒輪出現故障時，將引起嚙合頻率及其各次諧波幅值的變化。
二、 幅值調制和頻率調制所構成的邊頻帶
1. 幅值調制
幅值調制相當于兩個信號在時域上相乘，假定載波信號為 g(t ) 調制信號為e(t) 則調制后的時域總信號為X(t)=g(t)·e(t)將上式轉換到頻域上, 則為 X(f)=g(f)·e(f)通常幅度調制的調制頻率為旋轉頻率。
2. 頻率調制
齒輪的轉速波動， 若載波信號為Asin(2∏fmt+Φ0)，調制信號為βsin2∏fmt;頻率調制可表示為X(t)=Asin[2∏fmt+βsin(2∏frt)+ Φ0] 頻率調制不僅產生圍繞嚙合頻率 fm 的一族邊頻帶。
而且在相位信號中產生一個正弦波， 通常頻率調制的頻率為分度不均勻齒輪的轉頻， 實際上，齒輪故障中調幅與調頻現象可能同時存在，因而在頻譜上得到調幅與調頻綜合影響下形成的邊頻帶。
3. 由齒輪轉頻的低次諧波構成的附加脈沖
齒輪的低頻故障不平衡, 不對中等也會對齒輪振動時域波形產生影響，但不會在齒輪頻率兩側產生邊頻帶.
4. 由齒輪加工誤差形成的隱含成分
該成分的振動通常由加工機床分度齒輪誤差造成，它對齒輪的整體運行影響很小。
三、以下是一個齒輪故障的案例分析
某采油平臺原油外輸泵 (螺桿泵) 傳動齒輪局部斷齒
(1)設備形式及參數電機驅動直聯雙螺桿泵， 螺桿之間以同步齒輪傳動， 齒輪齒數 Z=67，電機轉速 ,n=995r/min(16.57HZ)
(2)故障現象
泵的非驅動端 (同步齒輪安裝在此側) 振動速度值增加， 圖1圖2是時域波形及頻譜圖。
(3)振動特征及分析
在時域波形圖中出現明顯的沖擊峰值， 表明齒輪可能存在局部缺陷， 頻譜圖 中有齒輪嚙合頻率及二倍諧頻， 邊頻豐富， 從圖3可以看到，邊頻為轉子工頻， 這說明嚙合頻率的振動幅值被轉子工頻沖擊振動調制。
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