齿轮机构常见的损坏形式及修复（分享2个关于齿轮故障诊断的案例）
齿轮机构常见的损坏形式及修复（分享2个关于齿轮故障诊断的案例）图2 3W—1B1高压水泵结构简图某有色金属加工厂的一台3W—1B1型高压水泵，通过减速器把电动机与水泵的曲轴连接起来。电动机转速1485r/min，减速器小齿轮齿数z1为24齿，大齿轮齿数z2为155齿，其结构简图如图2所示。为查明情况，在现场利用数据采集器对其振动信号作频谱分析，其频谱如图1所示。图1 减速器小齿轮轴承水平方向振动频谱谱图上出现了三个特征频率2500Hz，5000Hz和7500Hz，分别为齿轮的啮合频率及其2次，3次谐波，其中以2次谐波的速度峰值较为突出，其他两个分量都很弱小。这表明减速器齿轮存在早期故障迹象。后来在揭盖检查时，未发现明显的齿轮缺陷，因为齿轮状态这种细微的变化用肉眼是很难觉察的。
某厂一台小型汽轮发电机组，在汽轮机与发电机之间用减速箱减速。汽轮机转速5550r/min，发电机转速1500r/min，小齿轮齿数27，大齿轮齿数100。齿轮啮合频率为2497.5Hz。
在一次年终检修前，采用数据采集器对其进行了振动测量，其中变速器小齿轮轴承测点水平方向的振动值见表1，加速度峰值显得特别突出。
表1 汽轮发电机组减速器小齿轮轴承水平方向振值
为查明情况，在现场利用数据采集器对其振动信号作频谱分析，其频谱如图1所示。
图1 减速器小齿轮轴承水平方向振动频谱
谱图上出现了三个特征频率2500Hz，5000Hz和7500Hz，分别为齿轮的啮合频率及其2次，3次谐波，其中以2次谐波的速度峰值较为突出，其他两个分量都很弱小。这表明减速器齿轮存在早期故障迹象。后来在揭盖检查时，未发现明显的齿轮缺陷，因为齿轮状态这种细微的变化用肉眼是很难觉察的。
案例2某有色金属加工厂的一台3W—1B1型高压水泵，通过减速器把电动机与水泵的曲轴连接起来。电动机转速1485r/min，减速器小齿轮齿数z1为24齿，大齿轮齿数z2为155齿，其结构简图如图2所示。
图2 3W—1B1高压水泵结构简图
1—电动机；2—减速器；3—泵体；4—柱塞；5—曲轴；①~⑧—测点
该机在检修前进行了振动测量分析，发现减速器小齿轮轴承测点③④振动值较大，见表2。
表2 机组检修前测点③④加速度有效值（单位：m/s2）
注：H为水平方向；V为垂直方向；A为轴向，后同。
对测点③④水平方向的振动信号作频谱分析，频谱结构分别如图3a和图4a。
图3 测点③检修前后振动频谱
a）检修前；b）检修后
图4 测点④检修前后频谱
a）检修前；b）检修后
两测点振动信号的频率结构基本一致，主要频率有齿轮啮合频率fm（fm= 1485÷60x24=594Hz）及其2倍频（2fm=594x2=1188Hz）和3倍频（3fm=594 x3=1782Hz），且2、3次谐波分量幅值较大，同时啮合频率及其倍频两旁还有较多的边频成分以及低次谐波。边频间距为24.4 Hz，与小齿轮的转频24.75Hz基本一致，边频成分分布比较集中，呈分布故障特征。据此，判断小齿轮存在较为严重的磨损故障。
在揭盖检查时，得到了验证，实际情况与分析结论基本一致。修理时更换了小齿轮，测量其振动值如表3。
表3 机组检修后测点③④加速度有效值（单位: m/s2）
检修后的频谱图分别如图3b和图4b。其时啮合频率的谐波分量大为减弱或消失，边频已不复存在，说明齿轮的运行状况有所改善。
本案例说明，齿轮故障的频率特征很明显，随着故障的排除，故障特征频率发生了很大的变化，有的消失，有的减弱。这再一次证明利用频率分析诊断齿轮故障是很有成效的。本案例的另一个特点是将故障处理前后的振动值及频率特征作对比分析，这是故障诊断中应当坚持的基本原则，值得借鉴。
