齒輪箱中滾動軸承故障診斷實例及7項經驗總結！

今日導讀：

本文的內容是關于齒輪箱中滾動軸承故障診斷實例及7項經驗總結，非常實用的內容，希望對你的工作和學習有所幫助。

采用某振動監測技術分析，結合振動頻譜圖、時域圖、加速度包絡圖等，對齒輪箱中滾動軸承故障進行分析診斷。（注：漿板四壓下輥傳動齒輪箱診斷。）

齒輪箱型號H3SH10B（FLENDER），齒輪總速比1520.9/38=40.023，結構簡下圖：

H3SH10B齒輪箱結構圖

該齒輪箱子20XX年2月發現現場有周期噪聲，如同齒輪嚙合不良產生的周期沖擊。這之后，車間曾兩次計劃停機檢查齒輪箱，結果并沒與發現齒輪明顯損傷。20XX年11月現場噪聲越加尖銳，產生的高振動給產品質量也帶來了一定影響。為進一步診斷產生該噪聲的根源并消除故障，11月11日對該齒輪箱進行了振動數據采集并分析。

根據齒輪箱結構圖，分別給每根軸上的軸承所在位置從水平、垂直和軸向設置了測點。從資料上檢查出每根軸的軸承型號，以SKF作參考廠家計算出每個軸承的故障特征頻率。

表 H3SH10B 齒輪箱內軸承故障特征頻率表                 Hz

軸

軸承型號

軸承故障特征頻率/Hz

軸承外圈

軸承內圈

滾動體

保持架

輸入軸

30213

8.08497f1

10.915f1

3.1688f1

0.4255f1

中間軸Ⅰ

32312

6.56395f2

9.436f2

2.627f2

0.410f2

中間軸Ⅱ

32317B

7.6616f3

10.338f3

3.08967f3

0.4256f3

輸出軸

32034X

13.128f4

15.8719f4

5.0229f4

0.4527f4

注：f1、f2、f3、f4——所在軸轉速頻率。 

根據漿板車速推算出齒輪箱輸入軸轉速在1419r/min，即輸入軸轉頻f1=23.65Hz。分析輸入軸的振動速度頻譜，發現頻譜中有非常明顯的110.9Hz的異常頻率及其諧波（圖1），并有大量邊頻帶。頻率110.9Hz=4.69（輸入軸轉頻倍數）×23.65Hz（輸入軸轉頻）。該諧波不像是齒輪的嚙合頻率，很可能是某軸承的故障特征頻率。假定該異常頻率為軸承故障特征頻率，從諧波周圍可計算出11.72Hz的邊頻帶。因資料中只提供了該齒輪箱的總速比為40.023，不能一一確定每根軸的實際轉速，這就需要從頻譜中捕捉軸轉速信息。

圖 1 輸入軸振動速度頻譜圖

分析中間軸Ⅰ振動速度頻譜，頻譜中有明顯的11.72Hz的頻率，特別在時域圖（圖2）中捕捉到了11.72Hz的高強度脈沖。因為中間軸Ⅰ的轉頻是11.72Hz，即7.3r/min，這樣頻譜中的110.9Hz=9.47（中間軸Ⅰ轉頻倍數）×11.72Hz（中間軸Ⅰ轉頻）。對照H3SH10B齒輪箱內軸承故障特征頻率表，發現中間軸Ⅰ軸承32312的內圈故障特征頻率9.436×11.72Hz（此時=11.72Hz）與頻譜中的9.47×11.72Hz非常接近。在系統中輸入32312軸承內圈故障特征頻率，頻譜中的110.9Hz的頻率就是軸承32312的內圈故障特征頻率（圖3）。

圖 2  中間軸Ⅰ時域圖

圖3 中間軸Ⅰ振動頻譜圖

經過上面數據分析判斷，并結合以往停機檢查的結果，可確診該齒輪箱中間軸Ⅰ軸承32312存在嚴重損傷。齒輪箱內所發出的周期性異常噪聲很可能是軸承損壞引起齒輪嚙合不良產生的。

2007年12月13日計劃停機更換軸承。拆下的32312軸承內圈180°范圍嚴重剝落，軸承滾動體研磨，外圈麻點疲勞磨損。

更換軸承開機后的第二天檢測，發現振動頻譜中原軸承故障特征頻率消失，振動速度值降低（圖4），現場周期性異常噪聲也隨之消除，運行狀態良好，產品質量也明顯好轉。

圖4 中間軸Ⅰ振動頻譜圖

齒輪箱中滾動軸承故障診斷經驗總結

1. 清楚齒輪箱內部結構及軸承故障特點

需知齒輪箱內基本結構，如齒輪是何種模式、傳動軸有幾根、每根軸上有哪些軸承和都是什么型號的軸承等。知道哪些軸和齒輪是高速重載，可以確定測點的布置；知道電動機轉速和各傳動齒輪的齒數、傳動比，可以確定各傳動軸的轉頻、嚙合頻率；知道各軸承座滾動軸承的型號，可以確定各軸承的故障特征頻率。另需要清楚軸承故障的特點，齒輪嚙合頻率是齒輪數及轉頻的整數倍，而軸承故障特征頻率卻不是轉頻的整數倍。

2. 盡可能在每根傳動軸所在的軸承座上測量振動

在齒輪箱殼體上不同位置的測點，由于信號傳遞路徑不同，故對同一激勵的響應也有所差異，傳動軸所在的軸承座處的振動響應比較敏感，應在此處設置監測點，而在殼體中上部比較靠近齒輪的嚙合點，便于監測齒輪的其他故障。

3. 盡量從水平、垂直和軸向三個方向去測量振動

不一定所有位置都要進行三個方向的振動測量，但是重要部位必須這樣做，同一測點多組振動數據還可為分析判斷所在傳動軸轉速提供足夠的數據參考，并為進一步診斷出哪端的軸承故障更嚴重些而獲得更多參考依據。

4. 兼顧高低頻段振動

齒輪箱振動信號中包含固有頻率、傳動軸的旋轉頻率、齒輪的嚙合頻率、軸承故障特征頻率、邊頻族等成分，其頻帶較寬。對于這種進行監測和診斷時，一般要按頻帶分級，根據不同頻率范圍選擇相應測量范圍和傳感器。

5. 最好在齒輪滿負荷狀態下測量振動

滿負荷下測量齒輪箱振動，能夠較清晰地捕捉到故障信號。

6. 分析數據時要兼顧頻譜圖與時域圖

在齒輪箱發生故障，有時頻譜圖上各故障特征的振動幅值不會發生較大變化，無法判斷故障的嚴重程度或所在傳動軸轉速是否正確，故需要將振動頻譜圖和時域圖兩者結合起來推斷。

7. 注重邊頻帶頻率的分析

對于轉速低、剛性大的設備，當齒輪箱內的軸承出現磨損時，往往軸承各故障特征頻率的振動幅值并不是很大，但是伴隨著軸承磨損故障的發展，軸承故障特征頻率的諧波會大量出現，并出現邊頻帶，此時，表明軸承發生了嚴重的故障，需要及時更換。

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