齿轮轴承监测及诊断技术
西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院“ “现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用” ”课程之课程之课程之课程之：齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术课程之课程之课程之课程之：齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术齿轮诊断及振动测试技术温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞2010.112010.11西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学 机械工程学院机械工程学院机械工程学院机械工程学院机械工程学院机械工程学院机械工程学院机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院动平衡测试实验报告动平衡测试实验报告动平衡测试实验报告动平衡测试实验报告?信箱信箱信箱信箱：grwentom.com?文件名文件名文件名文件名：转子动平衡转子动平衡转子动平衡转子动平衡-第第第第1(2)组组组组.doc?截止时间截止时间截止时间截止时间：2010年年年年11月月月月20日日日日西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday3目录目录目录目录?齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮故障诊断齿轮故障诊断齿轮故障诊断齿轮故障诊断?齿轮箱故障试验台齿轮箱故障试验台齿轮箱故障试验台齿轮箱故障试验台?齿轮箱振动测试系统齿轮箱振动测试系统齿轮箱振动测试系统齿轮箱振动测试系统西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday4齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?齿面磨损?磨料磨损?齿轮工作中由于硬质磨粒长期的作用齿轮工作中由于硬质磨粒长期的作用齿轮工作中由于硬质磨粒长期的作用齿轮工作中由于硬质磨粒长期的作用，导致齿面金属导致齿面金属导致齿面金属导致齿面金属 在滑擦作用下脱落在滑擦作用下脱落在滑擦作用下脱落在滑擦作用下脱落，齿面变薄齿面变薄齿面变薄齿面变薄西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday5齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?齿面磨损?黏附磨损（又称齿面胶合或擦伤）?一般当润滑油粘度低一般当润滑油粘度低一般当润滑油粘度低一般当润滑油粘度低、高温时会产生这种现象高温时会产生这种现象高温时会产生这种现象高温时会产生这种现象?磨损会造成齿廓变形磨损会造成齿廓变形磨损会造成齿廓变形磨损会造成齿廓变形、齿厚变薄齿厚变薄齿厚变薄齿厚变薄、侧隙变大侧隙变大侧隙变大侧隙变大 断齿断齿断齿断齿西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday智能仪器与监测诊断研究所 Tel:82669053 http:/202.117.29.246齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?齿面点蚀?轮齿工作时当齿面接触应力超过材料的接触疲劳轮齿工作时当齿面接触应力超过材料的接触疲劳轮齿工作时当齿面接触应力超过材料的接触疲劳轮齿工作时当齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时极限时极限时极限时，在载荷多次重复作用下在载荷多次重复作用下在载荷多次重复作用下在载荷多次重复作用下，齿面表层产生齿面表层产生齿面表层产生齿面表层产生细微疲劳裂纹细微疲劳裂纹细微疲劳裂纹细微疲劳裂纹。裂纹的蔓延裂纹的蔓延裂纹的蔓延裂纹的蔓延、扩展扩展扩展扩展，造成许多微造成许多微造成许多微造成许多微粒从工作表面上脱落下来粒从工作表面上脱落下来粒从工作表面上脱落下来粒从工作表面上脱落下来，在表面出现许多月牙在表面出现许多月牙在表面出现许多月牙在表面出现许多月牙形的浅坑形的浅坑形的浅坑形的浅坑，称为齿面疲劳点蚀称为齿面疲劳点蚀称为齿面疲劳点蚀称为齿面疲劳点蚀西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院7齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?齿面接触疲劳?齿面相对运动脉动循环变化的接触应力（剪应力）应力超过材料剪切极限表面裂纹裂纹扩展齿面剥落?当齿轮材质不均或局部擦伤时，容易产生接触疲劳西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday8齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因齿轮的失效形式及原因?弯曲疲劳与断齿?齿根受脉动循环弯曲应力作用齿根部产生裂纹裂纹进一步扩展剩余部分无法承受外载荷断齿西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday9齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮的振动分析 以一对齿轮作为研究对象，该齿轮副可以看作 一个振动系统。则其振动方程为：式中，沿作用线上齿轮的相对位移；齿 轮啮合阻尼；齿轮啮合刚度；作用 在主、从动齿轮上的扭矩；齿轮上的节 圆半径；齿轮副的传动比；由齿轮的 轮齿变形和误差、故障造成的两个齿在作用 线方向上的相对位移xC ( )k t212()( )( )MiMMxCxk txE tr+=&&&12MM、2r i( )E t西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday10齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮的振动分析换算质量如果不考虑摩擦力的影响，且把分解为 则上式可简化成1212()mmMmm=+( )E t12( )( )E tEE t=+12( )( )( )( )MxCxk t xk t Ek t E t+=+&&&212()0MiM r=西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday11齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮的振动分析上式，左端是齿轮副本身的振动，右端是激振函数即齿轮的振动来源为两部分(1) 常规振动，与齿轮的误差、故障无关(2) 取决于齿轮的综合刚度及故障函数，周期性变量，齿轮的振动由刚度周期性变化引起的1( )k t E2( )k t E ( )k tK, 1000 N/m54321time TPK, 1000 N/m54321time TAKoB西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday12齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮振动的频率特性?啮合频率齿轮的齿数转速121 12211 6060zzzfffn zn z=12zz、12nn、西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday13齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮振动的频率特性?幅值调制?由于齿面载荷波动对振动幅值的影响造成由于齿面载荷波动对振动幅值的影响造成由于齿面载荷波动对振动幅值的影响造成由于齿面载荷波动对振动幅值的影响造成?齿轮啮合中齿轮啮合中齿轮啮合中齿轮啮合中，由于齿轮偏心由于齿轮偏心由于齿轮偏心由于齿轮偏心、加工误差加工误差加工误差加工误差、齿齿齿齿 轮故障等原因产生短暂的载荷波动轮故障等原因产生短暂的载荷波动轮故障等原因产生短暂的载荷波动轮故障等原因产生短暂的载荷波动(加载和卸加载和卸加载和卸加载和卸 载载载载)?幅值调制相当于两个信号时域中乘积幅值调制相当于两个信号时域中乘积幅值调制相当于两个信号时域中乘积幅值调制相当于两个信号时域中乘积?一个称为载波一个称为载波一个称为载波一个称为载波，频率较高频率较高频率较高频率较高 啮合频率啮合频率啮合频率啮合频率?一个称为调制波一个称为调制波一个称为调制波一个称为调制波，频率较低频率较低频率较低频率较低 齿轮回转频率齿轮回转频率齿轮回转频率齿轮回转频率西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday14齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮振动的频率特性?幅值调制?调制后的信号调制后的信号调制后的信号调制后的信号，除啮合频率分量外除啮合频率分量外除啮合频率分量外除啮合频率分量外，增加增加增加增加 了了了了分量分量分量分量，它以啮合频率为中心它以啮合频率为中心它以啮合频率为中心它以啮合频率为中心，以以以以 fr为间距对称分布于两侧为间距对称分布于两侧为间距对称分布于两侧为间距对称分布于两侧，称边频带称边频带称边频带称边频带zrff±西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010年11月10日 Wednesday15齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性齿轮的振动分析及频率特性?齿轮振动的频率特性?幅值调制?实际的齿轮振动信号的载波信号和调制信号都不实际的齿轮振动信号的载波信号和调制信号都不实际的齿轮振动信号的载波信号和调制信号都不实际的齿轮振动信号的载波信号和调制信号都不 是单一频率是单一频率是单一频率是单一频率，一般为周期函数一般为周期函数一般为周期函数一般为周期函数?激振函数激振函数激振函数激振函数?基本上不随故障变化基本上不随故障变化基本上不随故障变化基本上不随故障变化，反映了由故障反映了由故障反映了由故障反映了由故障 产生的幅值调制产生的幅值调制产生的幅值调制产生的幅值调制?载波信号载波信号载波信号载波信号，调制信号调制信号调制信号调制信号，反映了齿轮的误差反映了齿轮的误差反映了齿轮的误差反映了齿轮的误差 与故障情况与故障情况与故障情况与故障情况?齿轮旋转一周齿轮旋转一周齿轮旋转一周齿轮旋转一周，变化一次变化一次变化一次变化一次，即即即即包含了轴旋包含了轴旋包含了轴旋包含了轴旋 转频率及倍频转频率及倍频转频率及倍频转频率及倍频12( )( )( )k t Ek t E t+1( )k t E2( )( )k t E t( )k t2( )E t2( )E t2( )E t西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院西安交通大学机械工程学院2010
