齿轮箱中滚动轴承故障诊断实例及7项经验总结！

今日导读：

本文的内容是关于齿轮箱中滚动轴承故障诊断实例及7项经验总结，非常实用的内容，希望对你的工作和学习有所帮助。

采用某振动监测技术分析，结合振动频谱图、时域图、加速度包络图等，对齿轮箱中滚动轴承故障进行分析诊断。（注：浆板四压下辊传动齿轮箱诊断。）

齿轮箱型号H3SH10B（FLENDER），齿轮总速比1520.9/38=40.023，结构简下图：

H3SH10B齿轮箱结构图

该齿轮箱子20XX年2月发现现场有周期噪声，如同齿轮啮合不良产生的周期冲击。这之后，车间曾两次计划停机检查齿轮箱，结果并没与发现齿轮明显损伤。20XX年11月现场噪声越加尖锐，产生的高振动给产品质量也带来了一定影响。为进一步诊断产生该噪声的根源并消除故障，11月11日对该齿轮箱进行了振动数据采集并分析。

根据齿轮箱结构图，分别给每根轴上的轴承所在位置从水平、垂直和轴向设置了测点。从资料上检查出每根轴的轴承型号，以SKF作参考厂家计算出每个轴承的故障特征频率。

表 H3SH10B 齿轮箱内轴承故障特征频率表                 Hz

轴

轴承型号

轴承故障特征频率/Hz

轴承外圈

轴承内圈

滚动体

保持架

输入轴

30213

8.08497f1

10.915f1

3.1688f1

0.4255f1

中间轴Ⅰ

32312

6.56395f2

9.436f2

2.627f2

0.410f2

中间轴Ⅱ

32317B

7.6616f3

10.338f3

3.08967f3

0.4256f3

输出轴

32034X

13.128f4

15.8719f4

5.0229f4

0.4527f4

注：f1、f2、f3、f4——所在轴转速频率。 

根据浆板车速推算出齿轮箱输入轴转速在1419r/min，即输入轴转频f1=23.65Hz。分析输入轴的振动速度频谱，发现频谱中有非常明显的110.9Hz的异常频率及其谐波（图1），并有大量边频带。频率110.9Hz=4.69（输入轴转频倍数）×23.65Hz（输入轴转频）。该谐波不像是齿轮的啮合频率，很可能是某轴承的故障特征频率。假定该异常频率为轴承故障特征频率，从谐波周围可计算出11.72Hz的边频带。因资料中只提供了该齿轮箱的总速比为40.023，不能一一确定每根轴的实际转速，这就需要从频谱中捕捉轴转速信息。

图 1 输入轴振动速度频谱图

分析中间轴Ⅰ振动速度频谱，频谱中有明显的11.72Hz的频率，特别在时域图（图2）中捕捉到了11.72Hz的高强度脉冲。因为中间轴Ⅰ的转频是11.72Hz，即7.3r/min，这样频谱中的110.9Hz=9.47（中间轴Ⅰ转频倍数）×11.72Hz（中间轴Ⅰ转频）。对照H3SH10B齿轮箱内轴承故障特征频率表，发现中间轴Ⅰ轴承32312的内圈故障特征频率9.436×11.72Hz（此时=11.72Hz）与频谱中的9.47×11.72Hz非常接近。在系统中输入32312轴承内圈故障特征频率，频谱中的110.9Hz的频率就是轴承32312的内圈故障特征频率（图3）。

图 2  中间轴Ⅰ时域图

图3 中间轴Ⅰ振动频谱图

经过上面数据分析判断，并结合以往停机检查的结果，可确诊该齿轮箱中间轴Ⅰ轴承32312存在严重损伤。齿轮箱内所发出的周期性异常噪声很可能是轴承损坏引起齿轮啮合不良产生的。

2007年12月13日计划停机更换轴承。拆下的32312轴承内圈180°范围严重剥落，轴承滚动体研磨，外圈麻点疲劳磨损。

更换轴承开机后的第二天检测，发现振动频谱中原轴承故障特征频率消失，振动速度值降低（图4），现场周期性异常噪声也随之消除，运行状态良好，产品质量也明显好转。

图4 中间轴Ⅰ振动频谱图

齿轮箱中滚动轴承故障诊断经验总结

1. 清楚齿轮箱内部结构及轴承故障特点

需知齿轮箱内基本结构，如齿轮是何种模式、传动轴有几根、每根轴上有哪些轴承和都是什么型号的轴承等。知道哪些轴和齿轮是高速重载，可以确定测点的布置；知道电动机转速和各传动齿轮的齿数、传动比，可以确定各传动轴的转频、啮合频率；知道各轴承座滚动轴承的型号，可以确定各轴承的故障特征频率。另需要清楚轴承故障的特点，齿轮啮合频率是齿轮数及转频的整数倍，而轴承故障特征频率却不是转频的整数倍。

2. 尽可能在每根传动轴所在的轴承座上测量振动

在齿轮箱壳体上不同位置的测点，由于信号传递路径不同，故对同一激励的响应也有所差异，传动轴所在的轴承座处的振动响应比较敏感，应在此处设置监测点，而在壳体中上部比较靠近齿轮的啮合点，便于监测齿轮的其他故障。

3. 尽量从水平、垂直和轴向三个方向去测量振动

不一定所有位置都要进行三个方向的振动测量，但是重要部位必须这样做，同一测点多组振动数据还可为分析判断所在传动轴转速提供足够的数据参考，并为进一步诊断出哪端的轴承故障更严重些而获得更多参考依据。

4. 兼顾高低频段振动

齿轮箱振动信号中包含固有频率、传动轴的旋转频率、齿轮的啮合频率、轴承故障特征频率、边频族等成分，其频带较宽。对于这种进行监测和诊断时，一般要按频带分级，根据不同频率范围选择相应测量范围和传感器。

5. 最好在齿轮满负荷状态下测量振动

满负荷下测量齿轮箱振动，能够较清晰地捕捉到故障信号。

6. 分析数据时要兼顾频谱图与时域图

在齿轮箱发生故障，有时频谱图上各故障特征的振动幅值不会发生较大变化，无法判断故障的严重程度或所在传动轴转速是否正确，故需要将振动频谱图和时域图两者结合起来推断。

7. 注重边频带频率的分析

对于转速低、刚性大的设备，当齿轮箱内的轴承出现磨损时，往往轴承各故障特征频率的振动幅值并不是很大，但是伴随着轴承磨损故障的发展，轴承故障特征频率的谐波会大量出现，并出现边频带，此时，表明轴承发生了严重的故障，需要及时更换。

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