齿轮系统振动标准
齿轮系统振动标准有美国石油学会标准API－613《石油精炼用高速、特殊用途齿轮装置》（见表21）和美国齿轮制造者协会（AGMA）标准426.01-72《高速斜齿轮及人字齿轮装置横向振动的测量规范》（见图5）。
表21 API-613振动标准
旋转机械振动的基本特性 一、转子的振动基本特性 大多数情况下，旋转机械的转子轴心线是水平的，转子的两个支承点在同一水平线上。设转子上的圆盘位于转子两支点的中央，当转子静止时．由于圆盘的重量使转子轴弯曲变形产生静挠度，即静变形。此时，由于静变形较小，对转子运动的影响不显著，可以忽略不计，即认为圆盘的几何中心O′与轴线AB上O点相重合，如图7—l所示。转子开始转动后，由于离心力的作用，转子产生动挠度。此时，转子有两种运动：一种是转子的自身转，即圆盘绕其轴线AO′B的转动；另一种是弓形转动，即弯曲的轴心线AO′B与轴承联线AOB组成的平面绕AB轴线的转动。 转子的涡动方向与转子的转动角速度ω同向时，称为正进动；与ω反方向时，称为反进动。 二、临界转速及其影响因素 随着机器转动速度的逐步提高，在大量生产实践中人们觉察到，当转子转速达到某一数值后，振动就大得使机组无法继续工作，似乎有一道不可逾越的速度屏障，即所谓临界转速。Jeffcott用—个对
称的单转子模型在理论上分析了这一现象，证明只要在振幅还未上升到危险程度时，迅速提高转速，越过临界转速点后，转子振幅会降下来。换句话说，转子在高速区存在着一个稳定的、振幅较小的、可以工作的区域。从此，旋转机械的设计、运行进入了一个新时期，效率高、重量轻的高速转子日益普遍。需要说明的是，从严格意义上讲，临界转速的值并不等于转子的固有频率，而且在临界转速时发生的剧烈振动与共振是不同的物理现象。 在正常运转的情况下： (1)ω＜n ω时， 振幅A＞0,O′点和质心G 点在O 点的同一侧，如图7—3(a)所示； (2)ω＞n ω时，A＜0，但A＞e，G 在O 和O′点之间，如图 7—3(c)所示； 当ω≥n ω时，A e -≈或O O′≈-O′G，圆盘的质心G 近似 地落在固定点O,振动小。转动反而比较平稳。这种情况称为“自动对心”。 (3)当ω＝n ω时，A ∞→，是共振情况。实际上由于存在阻尼，振幅A 不是无穷大而是较大的有限值，转轴的振动非常剧烈，以致有可 能断裂。n ω称为转轴的“临界角速度” ；与其对应的每分钟的转数则称为“临阶转速”。 如果机器的工作转速小于临界转速，则称为刚性轴；如果工作转速高于临界转速，则称为柔性轴。由上面分析可知，只有柔性轴的旋转机器运转时较为平稳 但在启动过程中，要经过临界转速。如果缓
“刚性连接”中，相对的连接件之间不得有位移，在大多数的紧固中都是这样的连接。 “挠性连接”中，相对的连接件既有约束或传递动力的关系，又可以有一定程度的相对位移。 如常见的联轴器，刚性联轴器将两个部分用螺栓紧固，这样的安装要求同心度极高，稍有误差，机械就会震动，而且寿命不长。 挠性联轴器就有措施，在联轴器的两部分之间，使用滑块、弹性柱销、木销或万向节等，即传递了动力，也满足了设备的使用要求。 刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联 两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。属于刚性联轴器的 有套筒联轴器、夹壳联轴器和凸缘联轴器等。其它联轴器都是挠性联轴器了． 企业设备振动故障诊断 相对标准的建立及应用 陈兆虎李兰儒张红 摘要本文结合克拉玛依石化厂实际情况，从安全性、经济性出发，叙述建立适合现代企业设备管理维修的动设备振动故障诊断相对标准的方法，以及相对标准应用效果。 一、设备振动故障诊断标准 1.标准的类型及理论依据 标准有绝对标准和相对标准两大类型。绝对标准就是人们常说的国际标准。各种转动机械的振源主要来自结构设计，制造、安装质量，调试情况和环境本身。振动的存在必然不同程度引起设备自身及其附属管线的结构疲劳和损伤。美国齿轮制造协会(AGMA)提出在低频域(10Hz以下)，以位移作为振动标准；中频域(10Hz～1kHz)，以速度作为振动标准；而高频域(1kHz以上)则以加速度作为标准。 理论已经证明，振动部件的疲劳与振动速度成正比，振动所产生的能量与振动速度的平方成正比，能量传递的结果必然造成磨损或其它缺陷。因此，在振动判断标准中，无论从疲劳损伤还是磨损等缺陷来说，以振动速度标准最为适宜。 )标准mm/s 表1 电动机器振动(v rms
齿轮箱中齿轮故障的振动分析与诊断张尊建 发表时间：2018-01-03T20:53:20.910Z 来源：《基层建设》2017年第28期作者：张尊建 [导读] 摘要：近年来，齿轮箱中齿轮故障振动分析与诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。 身份证号码：32032219830328XXXX 江苏南京 210012 摘要：近年来，齿轮箱中齿轮故障振动分析与诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了DANA6000系列齿轮箱的故障，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就DANA6000系列齿轮箱的日常保养展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。 关键词：齿轮箱；齿轮故障；振动；诊断 1 前言 作为一项实际要求较高的实践性工作，齿轮箱中齿轮故障振动分析的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对齿轮故障的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其振动分析与诊断工作的最终整体效果。 2 概述 发动机的物理特性决定了齿轮箱的存在，通过改变齿轮箱的档位，使得发动机工作时的转速与车轮转速产生不同的转速比，保证发动机始终处在其最佳的动力性能状态下。由于近几年科技的不断进步，齿轮箱的结构创新不断引入机电液一体化设计思路，导致齿轮箱的问题越来越复杂，因此作为车辆传动系统中不可或缺的一环，我们学会分析处理齿轮箱的故障情况就显得尤为重要。 铜冠矿山建设股份有限公司采用的大型矿用卡车多为阿特拉斯公司生产的MT2010型卡车，与其配套使用的齿轮箱型号为DANA6000系列，该系列的动力换档齿轮箱拥有功能强大的设计，达到了最严格的工程机械领域的工作效率标准，具有可靠性和耐用性，使用时与德纳公司先进的电子控制系统的组合，最终完美体现在车辆的运营效率上。该款齿轮箱的传动比如下表1所示，常规额定值如表2所示。 DANA6000系列齿轮箱的特征和优点主要体现在这几个方面：（1）前进和后退都有4个档位；（2）自动换档时，齿轮会精确的变化，以配合特定工况下的速度和负载情况；（3）前后轴可以脱离，从而使车辆自行调整以适应各种地形和崎岖的路面；（4）各个离合器可各自断开，提高运行效率；（5）微电控制系统调节换档，提高车辆使用寿命和燃油效率；（6）在发动机故障的情况下，应急转向泵提供持续的转向动力。 3 DANA6000系列齿轮箱的故障分析 DANA6000系列齿轮箱是平行六轴式常啮合齿轮式动力齿轮箱，它的前进档位和后退档位各有4个，可在不切断动力的情况下进行升降挡操作，通过电液控制系统操控带有湿式摩擦片的离合器来实现，此外出于便于日常拆卸、维修和保养的目的，其设计制造时将换挡离合布置在齿轮箱箱体之外。该系列齿轮箱装配的MT2010型矿用卡车承担了冬瓜山铜矿巷道采掘矸石运输的主要任务，由于井下恶劣的工作环境，保养不到位，长时间高负荷工作等因素，齿轮箱会发生各种各样的故障情况，常见的故障现象以及排除方法如下。 （1）发动机正常运转但不能行驶：①档位按钮失灵→检查挡位选择器的电路及挡位的准确性；②齿轮箱内油位过低→按要求补充新油；③油泵损坏或渗漏造成供油不足→更换新件，检查密封面及油封。 （2）挡位选择器不工作、挡位不清或跳挡、掉挡：①选择器保险丝处接触不良或保险丝断→检查、更换保险丝；②各电缆插口接触不良→检查各插口处的接触情况；③挡位选择器内部故障→修理或更换当前挡位选择器；④车辆电气系统故障或电压不稳→检查车辆电气系统，测量电压（理论值为24V）。 注：车辆挡位时有时无、跳挡、掉挡等现象也可能是电磁阀阀内的阀芯卡滞造成的。 （3）润滑油油温过高：①齿轮箱内的油位过高或过低→按要求注油；②透气帽堵塞→检查透气帽；③离合器打滑→检查离合器油压；④制动器抱死或拖带严重→检查并进行调整；⑤轴承烧损、油路不畅→更换烧损零件、检查油路及油泵；⑥离合器打滑或烧损→检查工作压力，更换烧损零件；⑦长期重负荷工作→暂停作业，待冷却后再行工作；⑧冷却器损坏→检查冷却器（正常情况下润滑油在冷却器内的进出油口的温差在10℃左右）；⑨车辆内其他零部件过热经热传导后导致变速器过热→检查其他零部件（桥、发动机等）是否正常。（4）驱动力不足：①变矩器入口油压低→检查齿轮箱油位；更换或清洗滤清器及粗滤网；检查操纵阀中的压力控制阀及控制压力阀是否正常；②离合器打滑→检查各离合器油压及活塞油封并且检查有无过载现象，这种现象多数是由于离合器片有烧损引起。 （5）控制压力偏低、不稳或表跳：①操纵阀的阀芯卡滞→清洗或更换操纵阀；②油泵吸空→检查油位、各油道及滤网有无堵塞，确定原因后做出相应处理方法；③油泵失效→更换新件；④离合器活塞油封严重漏油→更换油封，重新安装调试。 （6）车辆行驶过程中，齿轮箱位置有异常响声：零件磨损过大造成剥落，或者是安装齿轮箱不到位引起→检查连接螺栓位置。 4 DANA6000系列齿轮箱的日常保养 齿轮箱的故障问题主要来源之一就是日常保养维护不到位，不及时，因此，工作人员能否做好齿轮箱的日常保养工作就显得很关键，齿轮箱的养护工作主要体现在以下几个方面：（1）及时进行油位检查决定是否加油，且加油要适量，油液种类要符合要求；（2）定期跟换齿轮箱油液和滤油器等，防止造成，油温升高，齿轮箱离合器卡死等故障；（3）定期更换纸垫，密封圈等易耗件，防止油液泄露等問题；（4）工作前做好齿轮箱的检漏以及检查连接件缺失问题，莫让小故障变成大问题；（5）避免长时间，高负载工作；（6）定期进行清洗保养。 作为一款井下工作车辆的关键部件，恶劣的工作环境，高负荷的生产任务，有效地维护手段和设备等因素严重影响齿轮箱的使用寿命，齿轮箱的故障问题可能层出不穷。检修人员需要掌握必备的故障分析能力以及维修技巧以应对工作中出现的问题，但是我们不能寄希望于大修，深度检查来解决问题，培养驾驶员的良好操作习惯，切实做好日常保养，积极改善路面状况等因素更加重要。 箱体的生产规划针对齿轮箱箱体加工生产部门的规划工作是真整个生产线中最为重要的环节。齿轮箱体作为齿轮箱整体构造中零部件最繁杂，尺寸最多变、加工耗时最长以及最容易出现质量问题的重要部分，其整体的规划组成尤为重要，所以在这个部分中，设计人员应根据其生产的齿轮箱特征进行针对该箱壳体生产的工作。首先，将针对箱壳体的生产分为粗加工部分和细加工部分，其具体施工工艺如下图二： 齿轮箱加工区域物流的规划设计根据齿轮箱的箱体生产规划，科学且合理的设置加工区的物流配套规划模式，能够在很大程度上提高
机械设备振动标准 它是指导我们的状态监测行为的规范 最终目标：我们要建立起自己的每台设备的标准（除了新安装的设备）。 监测点选择、图形标注、现场标注。 振动监测参数的选择：做一些调整：长度、频率范围状态判断标准和 报警的设置 1设备振动测点的选择与标注 1.1监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动。铅垂方向标注为V ,水平方向标注为H ,轴线方向标注为A，见图6-1 < 图6-1监测点选择
图6-2在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图 1.2振动监测点的标注 (1)卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001开始，朝着被驱动设备，按数字次序排列，直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动) 机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3?6-5。 图6-3振动监测点的标注 图6-4振动监测点的标注
001 002 003 0C4 005 QOG 图6-5振动监测点的标注 （2）立式机器 机壳振动测点的标注可以用油漆标注，也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm,直径30mm,用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。 2设备振动监测周期的确定 振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则； 1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次） ：待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长。 2）检测周期应尽量固定。 3）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为7至14天；对接 近或高于3000转/分的高速旋转设备，应至少每周监测1次。 4）对车间级设备监测，监测周期一般可定为每天1次或每班1次。 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期。如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修。如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为1天或更短。 3设备振动监测信息采集 3.1振动监测参数的选择 对于超低频振动，建议测量振动位移和速度；对于低频振动，建议测量振动速度和加速度；对于中高频振动和高频振动，建议测量振动加速度。说明如下:
第2章齿轮箱的故障和振动信号 2.1齿轮箱故障的主要形式 齿轮箱系统是包含齿轮、轴承、传动轴及箱体等结构的复杂系统。其中主要故障发生在齿轮、轴承和传动轴上。在齿轮箱的诊断中，一般只给出是否产生故障及产生故障的位置，根据振动信号的特点，一般常见的典型故障形式有齿轮失效、轴和轴系失效、箱体共振和轴承疲劳脱落和点蚀等几种【5】。 在这些常见故障中，齿轮和滚动轴承的故障占齿轮箱故障的80％左右【4】。因此，对齿轮和滚动轴承的故障类型和振动机理进行剖析，对于识别齿轮箱故障类型有重要的意义。 2.1.1齿轮的故障类型及振动机理 （1）齿轮的故障类型齿轮的故障类型大致可分为以下两种类型： 1）由制造误差和装配误差引起的故障。具体的故障包括齿轮偏心、齿距偏差、齿形误差、轴线不对中、齿面一段接触等故障。齿轮制造时造成的主要缺陷有：偏心、齿距偏差和齿形误差等。齿轮装配不当，也会造成齿轮的工作性能恶化。当齿轮的这些误差较严重时，会引起齿轮传动中忽快忽慢的转动，啮合时产生冲击引起较大的振动和噪声等【5】。 2）运行中产生的故障齿轮除上述故障外，其在本身运行过程中也会形成许多常见的故障，例如断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重交合等等。齿轮预定寿命内不影响使用的磨损成文正常磨损，如果因使用不当、用材不当、接触面存在硬颗粒以及润滑油不足等原因引发早期磨损，将导致齿轮形变、重量损失、齿厚变薄、噪声增大等后果，甚至会导致齿轮失效。其中若润滑油不足，还会导致齿面胶合，胶合一旦发生，齿面状况变差，功耗增大，从而使得振动信号变强。 （2）齿轮的振动机理一对啮合齿轮，可以看作一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统，其力学模型如图2-1所示。 图2-1齿轮对的力学模型 其振动方程为【4】： M r X+CX+K t X=K t E1+K t E2(t)2-1式中 X——为沿作用线上齿轮的相对位移 K(t)——齿轮啮合刚度 M r——齿轮副的等效质量
齿轮的固有频率振动 固有频率振动是指齿轮受到外界持续传动力的作用，产生的瞬态自由振动，并带来噪声。齿轮将以多个固有频率振动，但测量时．具有高阶固有频率的振动多数在很短时间内就消失，只剩下基本的低阶固有频率振动。 齿轮在正常和异常状态下都将产生固有频率振动，根据齿轮振动形态的变化、就能对齿轮作出故障判断。所以，对齿轮进行故障诊断时，必须分析固有振动频率。一对直齿圆柱齿轮的固有振动频率就可由下列最典型的计算式求得： 齿轮的固有振动频率多为1—10kHz的高频，当这种高频振动传递到齿轮箱等机件时，高频冲击振动已衰减，多数情况下只能测到齿轮的啮合频率。实际的自由振动频率比固有振动频率稍低。 (2)若对不对中进行诊断．应分析的频率为fm f；若对不平衡进 r 行诊断，应分析的频率为轴频 f，；若对齿轮磨损进行诊断．应对啮 r 合频率fm的倍频进行分析; 制定正常频谱作为判断标准时，还必须根据齿轮装置过去的实际统计资料，以确定各种状态的实测值与正常值的倍数比。对于低频振动．通常将判断标准定为：实测值达到正常值的1．5—2倍时为注意区，达4倍时为异常区。对于高频振动，据实验结果指出：当实测值达3倍时定为注意区，6倍左右定为异常区。 应该指出的是，利用振动加速度所测定的l—10kHz频率是机械局部共振频域．除齿轮以外，轴承、电机等也会发生同样频率的振动。
特别是使用滚动轴承时，易发生误诊为滚动轴承异常的情况。但因齿轮的固有振动频率比滚动轴承要低一些，所以，合理选择测定齿轮振动的频域，能将齿轮和滚动轴承的异常振动区分开来，以免发生误诊断。 在进行频谱分析时，要避免错误地将不相关的频率成分与故障联系在一起。这就要求从事诊断的人员不仅要熟悉仪器的操作使用，还要深入掌握齿轮装置的结构特点和主要参数。诊断人员应该了解的内容包括：系统的共振频率、齿轮的材料、热处理工艺、轴承的结构、齿轮的齿数和模数、齿轮运行的历史情况、同类产品的主要失效形式等等。
机械共振时的9大特征及其解决措施 机械共振特征 1. 对动平衡的努力没有效果 一般，对于处于或接近共振的机器，想平衡好是很难的；如果机器处于共振区域，那么即使很小的转速，也会导致相位发生剧烈的变化，变化幅度有可能接近180°；因此需要把动平衡的转子从机器上拆下来，在固定的动平衡机上进行动平衡。 2. 高度定向振动 在正交的三个方向上有一个方向与其他两个方向相比较共振振动在这个方向引起更大的振动（例如，水平方向振动可能比垂直方向或轴向方向振动大10倍）。如果发生共振，通常共振方向的振动比其它正交的两个方向的振动大5到15倍。现在许多专家诊断软件系统利用这一事实查找可能的共振。这也就是为什么在定期的预测维修巡检中要在每个轴承的所有三个方向测量振动的重要性。 3. 共振测量方向的相位特征 共振频率将表明，在机器共振方向，相位随转速变化很大，因为在自振频率处相位将变化90度，完全通过共振时相位几乎变化180度，其与存在的阻尼值有关。另一方面，同时，非共振测量方向相位的变化可能很小，因为它们未经受自振频率共振。 4. 与共振测量方向垂直的测量方向大致的相位差 如果一个径向方向共振，振动传感器转过90度测量其他方向的振动时，相位差将接近或0度或180度，与设置振动传感器的侧面有关（不是像在不平衡占优势的情况中那样相位差约90度）。即，如果水平方向共振，则水平方向相位与垂直方向相位或是相等或是相差约180度。这是由于在自振频率处运转时引入另外附加的90度相位变化之故。在任何一种情况下，水平与垂直方向相位差0度或180度代表共振高度定向的振动特性（或者偏心）。5. 共振尖峰特征形状 通常，共振尖峰在其基础处有较宽的裙围，而非共振的尖峰的裙围更窄。即，共振尖峰的基础通常比非共振尖峰的基础宽。 6. 出现共振时的频率 共振不仅发生在1X转速频率。它可以是对与自振频率一致的任何强迫振动频率的响应。这些情况下，比较这个方向这个频率的振动幅值和其他两个正交方向的相同频率的振动幅值很有用。如果共振，这个频率应该比这三个方向之一的振动频率更高。这个频率可能是4X，5X，或6X转速频率处的尖峰（或者甚至更高频率），这些频率相应于叶片通过频率（BPF），轴承故障频率，齿轮啮合频率（GMF），或者甚至机器松动状态的振动频率。如果导致强迫振动频率本身振动幅值的降低的这个激振频率源起作用，它也可能把这个自振频率的响应降低到迫振动频率。请记住，共振频率幅值=静振幅×放大因子Q。 7. 任何共振体的过大的振动和动应力 不仅必须研究机器转子（旋转件）的共振，还应研究激起支承框架，基础甚至连接管道的自振频率。疲劳故障经常发生在连接框架或管道上，这是因为它们对来自机器的强迫振动频率发生共振。解决问题要求或是降低机器中强迫振动频率源，把共振框架体与机器隔离，改变转子转速或者改变框架体本身的自振频率。 8. 以前从未发生共振的机器长期运行中突然发生共振 多年没有共振故障的机器没有什么警告或先兆突然发生共振。例如，轴承磨损可能降低轴和轴承系统的刚性，降低自振频率，使之与强迫振动频率一致而发生共振。还有，简单地更换滑动轴承可以引起自振频率的变化，如果树轴承不恰当地制造和刮削以与轴很好地连续地接触，使转子发生共振。这种情况下，您适当地安装轴承，检查要求的间隙指标和适当地对中
风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 唐新安谢志明王哲吴金强 摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。 关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断 中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。 表1 齿轮箱特征频率表 Hz
二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。 表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表 m/s2 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在古障。
2.时域分析 通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且 有明显的周期性，其频率约大20Hz 。
3.频坷分析 由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率 的幅值不对称）。
机械设备振动标准 1 设备振动测点的选择与标注 1.1 监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分2进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动。水平方向标注为H，铅垂方向标注为V ，轴线方向标注为A，见图6-1。 图6-1 监测点选择 图6-2 在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图
1.2 振动监测点的标注（1）卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001 开始，朝着被驱动设备，按数字次序排列，直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的（齿轮传动）机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3 ～6-5 。 图6-3 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注 （2）立式机器遵循与卧式机器同样的约定 1.3 现场机器测点标注方法机壳振动测点的标注可以用油漆标注（最简单的一种方 法），标注大小与传感 器磁座大小相似；也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标
注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm，直径 30mm， 用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。 2 设备振动监测周期的确定振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则； 1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次），待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长。 2）检测周期应尽量固定。 3）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为7 至14 天；对接 近或高于3000转/ 分的高速旋转设备，应至少每周监测 1 次。 4）对车间级设备监测（指运行人员），监测周期一般可定为每天1 次或每班1 次。 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期配件；如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修；如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为 1 天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择对于超低频振动，建议测量振动位移和速度；对于低频振动， 建议测量振动 速度和加速度；对于中高频振动和高频振动，建议测量振动加速度。说明如下：（1）设备振动按频率分类。根据振动的频率，设备振动可以分为以下几种：1）超低频振动，振动频率在10Hz 以下。 2）低频振动，振动频率在10Hz 至1000Hz。 3）中高频振动，振动频率在1000Hz至10000Hz。 4）高频振动，振动频率在10000Hz以上。 （2）位移为峰峰值；速度为有效值；加速度为有效值；有时根据需要，速度和加速度还要测量峰值。 3.2 振动监测中的几个“同” 为保证测量结果的可比性，在振动监测中要注意做到以下 几个“同” ： 1 ）测量仪器同； 2 ）测量仪器设置同； 3 ）测点位置、方向同； 4 ）设备工况同； 5 ）背景振动同。并尽量由同一个人测量。 3.3 振动数据采集应严格按监测路径和监测周期对设备进行定期监测。采集设备振动数据时，通常还需要记录设备的其他过程参数，如温度、压力和流量等，以便于比较和趋
机械监测与诊断技术 论文 齿轮震动故障诊断与分析 学院：机械与动力学院 姓名：刘聪 学号：2012105422 2015年11月4号
齿轮振动故障诊断与分析 一．齿轮典型故障介绍 (1)磨损 磨损包括磨粒磨损、腐蚀磨损和冲击磨损，磨粒磨损是常见的磨损形式，一般是由于齿的工作表面进入了金属微粒、尘埃和沙粒等所引起的齿面擦伤或者齿面材料脱落，是润滑不好的开式传动齿轮的主要故障类型。齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廓变形，侧隙变大，会造成齿轮动载荷增大，不仅会使振动和噪音加大，而且很可能导致断齿。磨损故障大概占齿轮常见故障比例的10%。 (2)点蚀 点蚀是减速箱等闭式齿轮传动系统中极其普遍的故障类型，约占齿轮常见故障比例的31%。齿轮受啮合过程产生的循环交变应力会在表面产生微小疲劳裂纹，啮合时润滑油进入该裂纹中后被封口并受挤压产生高压，从而扩大了裂纹，最终导致齿轮表面金属的脱落形成麻点状小坑，这就是点蚀。在齿轮表面硬度低于350HBS的闭式齿轮上，点蚀现象尤为常见。点蚀的出现会加大齿轮表面的局部接触应力，导致点蚀现象的恶化，进而加剧齿轮啮合时的噪声、降低齿轮传动的精度。 (3)断齿 断齿在齿轮故障类型中是最容易发生的，占齿轮常见故障比例的41%。断齿故障有过载断齿、疲劳断齿和缺陷断齿三种，这里面又以
疲劳断齿最为常见，它是由于齿轮工作受到周期性载荷，弯曲应力超过弯曲疲劳极限而在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹渐渐扩大，当载荷的循环次数达到一定值时，就会致使轮齿折断。断齿是所有齿轮故障中最严重的类型，经常会导致停工停产。 (4)胶合 齿轮润滑良好时齿面间会保持一层润滑油膜作用，但是当载荷较大、齿面间压力大、工作转速高、工作表面温度较高时，润滑油膜被破坏，使金属齿面直接接触，相接触的金属材料在高温高压作用下发生粘着，相粘连的齿面由于相对滑动而被撕裂，在相对滑动方向形成划痕。齿面的胶合故障，会加剧齿面的磨损程度和速度，从而使齿轮更加快速地失效。这种故障类型占齿轮常见故障比例的10%。 (5)塑性变形 软齿面齿轮重载或者突然的重载冲击情况下，齿面容易发生塑性变形。因为重载会大幅加大齿面的摩擦力，这会导致齿轮表面的材料呈现塑性状态，使齿轮表面的金属发生塑性流动，进而造成被动轮齿面中间凸起、主动轮齿面中间凹陷。塑性变形会使齿面偏离渐开线形状，引起齿轮传动比的变化，产生附加动载荷。齿轮塑性变形和化学腐蚀、表面龟裂等其它类型的一些故障，占齿轮常见故障比例的8%。 二．齿轮振动类型及特征 即便在理想状态下，齿轮传动也会有振动产生，更何况是实际中齿轮的工作环境一般都比较恶劣，再加上齿轮的制造问题、安装问题、
齿轮的振动机理 一、齿轮的力学模型分析 如图1所示为齿轮副的力学模型，其中齿轮具有一定的质量，轮齿可看作是弹簧，所以若以一对齿轮作为研究对象，则该齿轮副可以看作一个振动系统，其振动方程为 式中x—沿作用线上齿轮的相对位移； c —齿轮啮合阻尼； k（t）—齿轮啮合刚度； T1，T2—作用于齿轮上的扭矩； r2—齿轮的节圆半径； i—齿轮副的传动比； e（t）—由于轮齿变形和误差及故障而造成的个齿轮在作用线方向上的相对位移； m r—换算质量。 图1 齿轮副力学模型 m r =m 1 m 2 /(m 1 +m 2 )（1-2） 若忽略齿面摩擦力的影响，则(T 2 -iT1)/r2=0，将e（t）分解为两部分： e(t)=e 1+e 2 (t)（1-3） e 1为齿轮受载后的平均静弹性变形；e 2 (t)为由于齿轮误差和故障造成的两 个齿轮间的相对位移，故也可称为故障函数。这样式(1-1)可简化为 （1-4）由式(1-4)可知，齿轮的振动为自激振动。该公式的左侧代表齿轮副本身的 振动特征，右侧为激振函数。由激振函数可以看出，齿轮的振动来源于两部分： 一部分为k（t）e 1 ，它与齿轮的误差和故障无关，所以称为常规振动；另一部分
为k（t）e 2 (t) ,它取决于齿轮的综合刚度和故障函数，这一部分可以较好地解释齿轮信号中边频的存在以及与故障的关系。 式(1-4)中的齿轮啮合刚度k(t)为周期性的变量，由此可见齿轮的振动主要是由k（t）的这种周期变化引起的。 k(t)的变化可用两点来说明：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一轮齿的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。例如对于重合系数在1-2之间的渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合（图2）。显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理，单齿啮合时啮合刚度较小。 图2 齿面受载变化图3 啮合刚度变化曲线 从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次。由此可计算出齿轮的啮合周期和啮合频率。总的来说，齿轮的啮合刚度变化规律取决于齿轮的重合系数和齿轮的类型。直齿轮的刚度变化较为陡峭，而斜齿轮或人字齿轮刚度变化较为平缓，较接近正弦波（图3）。 若齿轮副主动轮转速为n 1、齿数为Z 1 ；从动轮转速为n2、齿数为Z 2 ，则齿 轮啮合刚度的变化频率（即啮合频率）为 （1-5）无论齿轮处于正常或异常状态下，这一振动成分总是存在的。但两种状态下振动水平是有差异的。因此，根据齿轮振动信号啮合频率分量进行故障诊断是可行的。但由于齿轮信号比较复杂，故障对振动信号的影响也是多方面的，特别是由于幅值调制和频率调制的作用，齿轮振动频谱上通常总是存在众多的边频带结构，给利用振动信号进行故障诊断带来一定的困难。 二、幅值调制与频率调制
目录 摘要......................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... II 第1章绪论. (1) 1.1 课题的研究背景及意义 (1) 1.2 齿轮系统动态激励国内外研究现状 (2) 1.3 齿轮箱振动噪声国内外研究现状 (4) 1.4 课题的来源及主要研究内容 (6) 1.4.1 课题来源 (6) 1.4.2 研究对象 (6) 1.4.3 研究的主要内容 (6) 第2章齿轮箱动力学与振动噪声基本理论 (7) 2.1 基本理论 (7) 2.1.1 动力学基本理论介绍 (7) 2.1.2 多柔体动力学仿真控制理论基础 (7) 2.2 本课题动力学建模假设 (9) 2.3 齿轮箱系统振动噪声产生机理 (10) 2.3.1 齿轮时变啮合刚度 (11) 2.3.2 误差动态激励 (12) 2.3.3 啮合冲击 (13) 2.4 本章小结 (14) 第3章齿轮箱动力学模型的建立 (15) 3.1 软件介绍 (15) 3.1.1 SIMPACK概述 (15) 3.1.2多体系统建模基本概念 (15) 3.1.3 ABAQUS子结构算法 (16) 3.1.4 ABAQUS与SIMPACK接口 (17) 3.2 低地板齿轮箱柔性体动力学模型 (18) 3.2.1 轴承模型 (18) 3.2.2 齿轮啮合模型 (19) 3.2.3 低地板齿轮箱多刚体模型 (21) 3.2.4 齿轮箱各主要零部件柔性体模型建立 (21) 3.2.5 齿轮箱柔性体模型 (23)
第三章.石油化工旋转机械振动标准 （SHS01003-2004） 1总则 1.1主题内容与适用范围 1.1.1本标准规定了石油化工旋转机械振动评定的现场测量方法（包括测量参数、测量仪器、测点布置、测试技术要求、机器分类等）及评定准则。石油化工旋转机械振动分析的现场测量方法应满足本标准的规定但不仅限于此。 1.1.2本标准适用的设备包括电动机、发电机、蒸汽轮机、烟气轮机、燃气轮机、离心压缩机、离心泵和风机等类旋转机械。 按照本标准规定的方法进行测试得到的振动数据，可作为设备状态评定和设备验收的依据。经买卖双方协商认可，亦可采用制造厂标准或其他标准。 1.1.3本标准不适用于主要工作部件为往复运动的原动机及其传动装置。 本标准也不适用于振动环境中的旋转机械的振动测量。振动环境是指环境传输的振动值大于运行振动值1/3的情况。 1.1.4未能纳入本标准范围的其他旋转机械，暂按设备出厂标准进行检验和运行。 1.2编写修订依据 GB/T 6075.1-1999 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第1部分：总则 GB/T 6075.3-2001 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第3部分：额定功率大于15kw、额定转速在120~15000r/min之间的现场测量的工业机器 GB 11348.1-1999 旋转机械转轴径向振动的测量和评定第一部分：总则 1.3本标准提供两种振动评定方法，即机壳表面振动及轴振动 的评定方法。 在机壳表面，例如轴承部位测得的振动是机器内部应力或运动状态的一种反映。现场应用的多数机泵设备（电动机、各种油泵、水泵等），由
机壳表面测得的振动速度，可为实际遇到的大多数情况提供与实践经验相一致的可信评定。 汽轮机、离心压缩机等大型旋转机械（如炼油催化三机、化肥五大机组、乙烯三大机组和空分装置的空压机等）通常含有挠性转子轴系，在固定构件上（如轴承座）测得的振动响应不足以表征机器的运转状态，对这类设备必须测量轴振动，根据实际需要，结合固定构件上的振动情况评定设备的振动状态。 2机壳表面振动 2.1本标准适用于转速为10~200r/s(600~12000r/min)旋转机 械振动烈度的现场测量与评定。 2.2测量参数 本标准规定在机壳表面（例如轴承盖处）测得的、频率在10~1000Hz 范围内的振动速度的均方根(Vrms)作为表征机械振动状态的测量参数，在规定点和规定的测量方向上测得的最大值作为机器的振动烈度。 2.3测量点的布置 测点一般布置在每一主轴承或主轴承座上，并在径向和轴向两个方向上进行测量，如图1所示。对于立式或倾斜安装的机器，测量点应布置在能得出最大振动读数的位置或规定的位置上，并将测点位置和测量值一同记录。测点位置应固定，一般应作明显标记。机器护罩、盖板等零件不适宜作测点。 2.4测量仪器 2.4.1一般采用由传感器、滤波放大器、指示器和电源装置等组成的测量仪表。允许采用能取得同样结果的其他仪器。 2.4.2测量登记表滤波放大器的带通频率为10~1000Hz。 2.4.3测量仪表系统误差不超过±10%。 2.4.4传感器振动速度线性响应的最大值至少为感受方向上满量程振动速度的3倍，传感器横向灵敏度应小于10%。 2.4.5直读仪器应能指示或记录振动速度的均方根值。 2.4.6测量登记表尽可能采用电池为电源装置。 2.4.7测量仪表需定期校准，保证它具有可靠的测量结果。 2.5测量技术要求
齿轮噪音原因分析 齿轮传动噪声产生原因及控制 齿轮传动的噪音是很早以前人们就关注的问题。但是人们一直未完全解决这一问题，因为齿轮传动中只要有很少的振动能量就能产生声波形成噪音。噪音不但影响周围环境，而且影响机床设备的加工精度。由于齿轮的振动直接影响设备的加工精度，满足不了产品生产工艺要求。因此，如何解决变速箱齿轮传动的噪音尤为重要。下面谈谈机械设备设计和修理中消除齿轮传动噪音的几种简单方法。 1 噪音产生的原因 1.1 转速的影响 齿轮传动若转速较高，则齿轮的振动频率增高，啮台冲击更加频繁，高频波更高。据有关资料介绍，转速在1400转/分钟时产生的振动频率达5000H。产生的声波达88dB形成噪音软。一般光学设备变速箱输出轴的转速都较高。高达2000~2800转/分钟。因此，光学设备要解决噪音问题是需要研究的。 1.2 载荷的影响 我们将齿轮传动作为一个振动弹簧体系，齿轮本身作为质量的振动系统。那么该系统由于受到变化不同的冲击载荷，产生齿轮圆周方向扭转振动，形成圆周方向的振动力。加上齿轮本身刚性较差就会产生周期振幅出现噪音。这种噪音平稳而不尖叫。 1.3 齿形误差的影响 齿形误差对齿轮的振动和噪音有敏感的影响。齿轮的齿形曲线偏离标准渐开线形状，它的公法线长度误差也就增大。同时齿形误差的偏离量使齿顶与齿根互相干扰，出现齿顼棱边啮合，从而产生振动和噪音。 1.4 共振现象的影响 齿轮的共振现象是产生噪音的重要原因之一。所谓共振现象就是一个齿轮由于刚性较差齿轮本身的固有振动频率与啮合齿轮产生相同的振动频率，这时就会产生共振现象。由于共振现象的存在，齿轮的振动频率提高，产生高一级的振动噪音。要解决共振现象的噪音问题，只有提高齿轮的刚性。 1.5 啮合齿面的表面粗糙度影响 齿轮啮合面粗糙度会激起齿轮圆周方向振动，表面粗糙度越差，振动的幅度越大，
机械设备振动监测参数及标准 一、振动诊断标准的制定依据 1、振动诊断标准的参数类型 通常，我们用来描述振动的参数有三个：位移、速度、加速度。一般情况下，低频振动采用位移，中频振动采用速度，高频振动采用加速度。 诊断参数在选择时主要应根据检测目的而选择。如需要关注的是设备零部件的位置精度或变形引起的破坏时、应选择振动位移的峰值，因为峰值反映的是位置变化的极限值；如需关注的是惯性力造成的影响时，则应选择加速度，因为加速度与惯性力成正比；如关注的是零件的疲劳破坏则应选择振动速度的均方根值，因为疲劳寿命主要取决于零件的变形能量与载荷的循环速度，振动速度的均方根值正好是它们的反映。 2、振动诊断标准的理论依据 各种旋转机械的振动源主要来自设计制造、安装调试、运行维修中的一些缺陷和环境影响。振动的存在必然引起结构损伤及材料疲劳。这种损伤多属于动力学的振动疲劳。它在相当短的时间产生，并迅速发展扩大，因此，我们应十分重视振动引起的疲劳破坏。 美国的齿轮制造协会（AGMA）曾对滚动轴承提出了一
条机械发生振动时的预防损伤曲线，如下图所示。 图中可见，在低频区（10Hz 以下），是以位移作为振动标准，中频（10~1000Hz ）是以速度作为振动标准，而在高频区（1KHz 以上）则以加速度作为振动标准。 理论证明，振动部件的疲劳与振动速度成正比，而振动所产生的能量与振动的平方成正比。由于能量传递的结果造成了磨损好其他缺陷，因此，在振动诊断判定标准中，是以速度为准比较适宜。 而对于低频振动，，主要应考虑由于位移造成的破坏，其实质是疲劳强度的破坏，而非能量性的破坏。但对于1KHz 以上的高频振动，则主要考虑冲击脉冲以及原件共振的影响。 3、振动诊断标准的分类
机械设备振动标准设备振动测点的选择与标注1 1.1监测点选择对包括进行传递的地方。测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分2回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个，见图A V，轴线方向标注为H方向的振动。水平方向标注为，铅 垂方向标注为。6-1 择图6-1 监测点选 在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图图6-2 1.2 振动监测点的标注（1）卧式机器开始，朝着被驱动设这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001)齿轮传动直到第一根轴线的最后一个轴承。备，按数字次序排列，在多根轴线的(机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二
根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几。6-56-3种标注方法见图～ 图6-3 1 / 11 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注 图6-5 振动监测点的标注（2）立式机器遵循与卧式机器同样的约定。1.3 现场机器测点标注方法标注大小与传感器，最简单的一种方法)漆机壳振动测点的标注可以用油标注(磁座大小相似；也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法，，直径30mm标注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm 用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。设备振动监测周期的确定 2
振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则；，1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次）待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长。）检测周期应尽量固定。2天；对接至）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为37142 / 11 近或高于3000转/分的高速旋转设备，应至少每周监测1次。 4）对车间级设备监测（指运行人员），监测周期一般可定为每天1次或每班1次。 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期配件；如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修；如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为1天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择 对于超低频振动，建议测量振动位移和速度；对于低频振动，建议测量振动速度和加速度；对于中高频振动和高频振动，建议测量振动加速度。说明如下：（1）设备振动按频率分类。根据振动的频率，设备振动可以分为以下几种：1）超低频振动，振动频率在10Hz以下。 2）低频振动，振动频率在10Hz至1000Hz。 3）中高频振动，振动频率在1000Hz至10000Hz。 4）高频振动，振动频率在10000Hz以上。 （2）位移为峰峰值；速度为有效值；加速度为有效值；有时根据需要，速度和加速度还要测量峰值。 3.2 振动监测中的几个“同” 为保证测量结果的可比性，在振动监测中要注意做到以下几个“同”： 1）测量仪器同； 测量仪器设置同；）2测点位置、方向同；3） 设备工况同；）4背景振动同。并尽量由同一个人测量。）5 3.3 振动数据采集 应严格按监测路径和监测周期对设备进行定期监测。采集设备振动数据时，通常还需要记录设备的其他过程参数，如温度、压力和流量等，以便于比较和趋势管理。设备监测人员要及时作好测试记录的整理、备份；对存在疑义的数据记录，要及时核准；及时分析处理测量数据；作好趋势预测和简易诊断。 对于变转速设备采集必须在设备进入稳定阶段，不要在设备升降速时进行； 4 评价机器状态的方法 机器状态的评价是设备简易诊断的重要内容之一，就是根据一些振动标准或方法以及相关日志和文档记录：运行日志、维修记录、前期设备状态检测报告等来判断机器处于什么状态。为设备有序运行和适时维修提供依据。