「軸承知識」齒輪箱中滾動軸承故障診斷
「軸承知識」齒輪箱中滾動軸承故障診斷
- 2021/11/1 8:40:56
齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)往往直接影響到傳動設(shè)備能否正常工作。齒輪箱通常包含有齒輪、滾動軸承、軸等零部件，據(jù)資料統(tǒng)計，齒輪箱內(nèi)零部件失效情況中，齒輪和軸承的失效所占比重最大，分別為60%和19%，因此，齒輪箱故障診斷研究的重點(diǎn)是齒輪和軸承的失效機(jī)理與診斷方法。
作為齒輪箱中滾動軸承的故障診斷，其具有一定的技巧性和特殊性，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，從振動技術(shù)的診斷方法來對齒輪箱中滾動軸承的故障診斷進(jìn)行了解。
清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)
要知道齒輪箱內(nèi)基本結(jié)構(gòu)，比如齒輪是何種模式、傳動軸有幾根、每根軸上有哪些軸承和什么型號的軸承等。因?yàn)橹滥男┹S和齒輪是高速重載，可以幫助確定測點(diǎn)的布置；知道電動機(jī)轉(zhuǎn)速和各傳動齒輪的齒數(shù)、傳動比，可以幫助確定各傳動軸的頻率。
另外，還要清楚軸承故障的特點(diǎn)。一般情況下，齒輪嚙合頻率是齒輪數(shù)及轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)，而軸承故障特征頻率卻不是轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)。清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)，是正確分析齒輪箱中滾動軸承故障的首要前提。
盡量從水平、垂直和軸向三個方向去測量振動
測點(diǎn)的選擇要兼顧軸向、水平和垂直方向，不一定所有位置都要進(jìn)行三個方向的振動測量。如帶散熱片的齒輪箱，其輸入軸的測點(diǎn)就不方便檢測。甚至某些軸承設(shè)置在軸的中間位置，部分方向的振動也不方便測，此時可有選擇地設(shè)置測點(diǎn)方向。但重要的部位，一般要進(jìn)行三個方向的振動測量，特別注意不要忽略軸向振動測量，因?yàn)辇X輪箱內(nèi)很多故障都會引起軸向振動能量與頻率變化。另外，同一測點(diǎn)多組振動數(shù)據(jù)還可為分析判斷所在傳動軸轉(zhuǎn)速提供足夠的數(shù)據(jù)參考，并為進(jìn)一步診斷出哪端的軸承故障更嚴(yán)重些而獲得更多的參考依據(jù)。
兼顧高低頻段振動
齒輪箱振動信號中包含有固有頻率、傳動軸的旋轉(zhuǎn)頻率、齒輪的嚙合頻率、軸承故障特征頻率、變頻族等成分，其頻帶較寬。對這種寬帶頻率成分的振動進(jìn)行監(jiān)測與診斷時，一般情況下要按頻帶分級，然后根據(jù)不同的頻率范圍選擇相應(yīng)測量范圍和傳感器。如低頻段一般選用低頻加速度傳感器，中高頻可選用標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器。
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(diǎn)，由于信號傳遞路徑不同，因而對同一激勵的響應(yīng)也有所差異。齒輪箱傳動軸所在的軸承座處對軸承的振動響應(yīng)比較敏感，此處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)可以較好地接收軸承振動信號，而殼體中上部比較靠近齒輪的嚙合點(diǎn)，便于監(jiān)測齒輪的其他故障。
注重邊頻帶頻率的分析
對于轉(zhuǎn)速低、剛性大的設(shè)備，當(dāng)齒輪箱內(nèi)的軸承出現(xiàn)磨損時，往往軸承各故障特征頻率的振動幅值并不是和那，但是伴隨著軸承磨損故障的發(fā)展，軸承故障特征頻率的諧波會大量出現(xiàn)，并且在這些頻率周圍會出現(xiàn)大量的邊頻帶。這些情況的出現(xiàn)，表明軸承發(fā)生了嚴(yán)重的故障，需要及時更換。
分析數(shù)據(jù)時要兼顧頻譜圖與時域圖
當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障時，有時在頻譜圖上各故障特征的振動幅值不會發(fā)生較大的變化，無法判斷故障的嚴(yán)重程度或中間傳動軸轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確值，但在時域圖中可通過沖擊頻率來分析故障是否明顯或所在傳動軸轉(zhuǎn)速是否正確。因此，要準(zhǔn)確確定每一傳動軸的轉(zhuǎn)速或者某一故障的沖擊頻率，都需要將振動頻譜圖和時域圖兩者結(jié)合起來推斷。特別對異常諧波的變頻族的頻率確定，更是離不開時域圖的輔助分析。
最好在齒輪滿負(fù)荷狀態(tài)下測量振動
滿負(fù)荷下測量齒輪箱振動，能夠較清晰地捕捉到故障信號。有時候，在低負(fù)荷時，部分軸承故障信號會被齒輪箱內(nèi)其他信號所淹沒，或者受其他信號調(diào)制而不容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，在軸承故障比較嚴(yán)重時，在低負(fù)荷時，就是通過速度頻譜也是能夠清晰地捕捉到故障信號。
齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)往往直接影響到傳動設(shè)備能否正常工作。齒輪箱通常包含有齒輪、滾動軸承、軸等零部件，據(jù)資料統(tǒng)計，齒輪箱內(nèi)零部件失效情況中，齒輪和軸承的失效所占比重最大，分別為60%和19%，因此，齒輪箱故障診斷研究的重點(diǎn)是齒輪和軸承的失效機(jī)理與診斷方法。
作為齒輪箱中滾動軸承的故障診斷，其具有一定的技巧性和特殊性，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，從振動技術(shù)的診斷方法來對齒輪箱中滾動軸承的故障診斷進(jìn)行了解。
清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)
要知道齒輪箱內(nèi)基本結(jié)構(gòu)，比如齒輪是何種模式、傳動軸有幾根、每根軸上有哪些軸承和什么型號的軸承等。因?yàn)橹滥男┹S和齒輪是高速重載，可以幫助確定測點(diǎn)的布置；知道電動機(jī)轉(zhuǎn)速和各傳動齒輪的齒數(shù)、傳動比，可以幫助確定各傳動軸的頻率。
另外，還要清楚軸承故障的特點(diǎn)。一般情況下，齒輪嚙合頻率是齒輪數(shù)及轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)，而軸承故障特征頻率卻不是轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)。清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)，是正確分析齒輪箱中滾動軸承故障的首要前提。
盡量從水平、垂直和軸向三個方向去測量振動
測點(diǎn)的選擇要兼顧軸向、水平和垂直方向，不一定所有位置都要進(jìn)行三個方向的振動測量。如帶散熱片的齒輪箱，其輸入軸的測點(diǎn)就不方便檢測。甚至某些軸承設(shè)置在軸的中間位置，部分方向的振動也不方便測，此時可有選擇地設(shè)置測點(diǎn)方向。但重要的部位，一般要進(jìn)行三個方向的振動測量，特別注意不要忽略軸向振動測量，因?yàn)辇X輪箱內(nèi)很多故障都會引起軸向振動能量與頻率變化。另外，同一測點(diǎn)多組振動數(shù)據(jù)還可為分析判斷所在傳動軸轉(zhuǎn)速提供足夠的數(shù)據(jù)參考，并為進(jìn)一步診斷出哪端的軸承故障更嚴(yán)重些而獲得更多的參考依據(jù)。
兼顧高低頻段振動
齒輪箱振動信號中包含有固有頻率、傳動軸的旋轉(zhuǎn)頻率、齒輪的嚙合頻率、軸承故障特征頻率、變頻族等成分，其頻帶較寬。對這種寬帶頻率成分的振動進(jìn)行監(jiān)測與診斷時，一般情況下要按頻帶分級，然后根據(jù)不同的頻率范圍選擇相應(yīng)測量范圍和傳感器。如低頻段一般選用低頻加速度傳感器，中高頻可選用標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器。
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(diǎn)，由于信號傳遞路徑不同，因而對同一激勵的響應(yīng)也有所差異。齒輪箱傳動軸所在的軸承座處對軸承的振動響應(yīng)比較敏感，此處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)可以較好地接收軸承振動信號，而殼體中上部比較靠近齒輪的嚙合點(diǎn)，便于監(jiān)測齒輪的其他故障。
注重邊頻帶頻率的分析
對于轉(zhuǎn)速低、剛性大的設(shè)備，當(dāng)齒輪箱內(nèi)的軸承出現(xiàn)磨損時，往往軸承各故障特征頻率的振動幅值并不是和那，但是伴隨著軸承磨損故障的發(fā)展，軸承故障特征頻率的諧波會大量出現(xiàn)，并且在這些頻率周圍會出現(xiàn)大量的邊頻帶。這些情況的出現(xiàn)，表明軸承發(fā)生了嚴(yán)重的故障，需要及時更換。
分析數(shù)據(jù)時要兼顧頻譜圖與時域圖
當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障時，有時在頻譜圖上各故障特征的振動幅值不會發(fā)生較大的變化，無法判斷故障的嚴(yán)重程度或中間傳動軸轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確值，但在時域圖中可通過沖擊頻率來分析故障是否明顯或所在傳動軸轉(zhuǎn)速是否正確。因此，要準(zhǔn)確確定每一傳動軸的轉(zhuǎn)速或者某一故障的沖擊頻率，都需要將振動頻譜圖和時域圖兩者結(jié)合起來推斷。特別對異常諧波的變頻族的頻率確定，更是離不開時域圖的輔助分析。
最好在齒輪滿負(fù)荷狀態(tài)下測量振動
滿負(fù)荷下測量齒輪箱振動，能夠較清晰地捕捉到故障信號。有時候，在低負(fù)荷時，部分軸承故障信號會被齒輪箱內(nèi)其他信號所淹沒，或者受其他信號調(diào)制而不容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，在軸承故障比較嚴(yán)重時，在低負(fù)荷時，就是通過速度頻譜也是能夠清晰地捕捉到故障信號。