案例分享研究：诊断低速齿轮箱问题

　　几个月前，我被要求帮助诊断与造纸业有关的大型工厂中的可疑变速箱问题。有问题的变速箱有一个带有23齿小齿轮的输入轴，驱动一个带有132个齿的大齿轮，这又可以驱动另一个相同尺寸的大齿轮。两个齿轮连接到直径约24英寸的大钢辊。两个输出齿轮转速为52 rpm，小齿轮转速为302 rpm(见图1)。

　　图1。

　　定期对齿轮箱中的润滑油进行分析，***后的报告指出油中含有铁颗粒。维护主管询问我们是否可以确定油污染的来源，我们做的***件事就是检查轴承附近测得的振动频谱。光谱看起来很正常，没有轴承色调的迹象，因此我们怀疑金属来自一个或多个齿轮(见图2)。然后问题是识别故障齿轮(如果有的话)，以便能够毫不拖延地进行维护工作。

　　图2。

　　时域信号的同步平均已经存在了很长时间，但在我看来，还没有被用于机器问题诊断。无论如何，我们决定对变速箱振动特征进行同步平均。这涉及在振动分析仪中使用转速计衍生的同步触发器来收集一起平均的一系列波形样本。其中重要的部分是每个时间记录的开始必须在所讨论的齿轮的旋转中完全同时发生。

　　这允许来自齿轮的整个振动信号在时域平均中被强调，并且来自其他齿轮的所有振动分量，轴转速和轴承音调等被平均。这会产生一个时间波形，显示齿轮上的各个齿，其中来自机器的其他部件的污染非常小。在进行同步平均时，分析仪的分析参数会进行调整，因此时间记录长度比齿轮上的一次旋转多一点时间。这很容易实现，因为时间记录长度(T)是频谱中FFT线间距(DF)的倒数。这只是选择频率跨度和线数的问题，因此1 / DF长于1除以齿轮速度(赫兹)(Hz)。当然，

　　使用同步平均时，使用的平均数必须非常大; 通常在100左右。对于此处描述的测试，我们使用了90个平均值。(有关设置详细信息，请参见图3)。

　　图3。

　　在许多同步平均的情况下，时间记录比频谱更有趣，因为频谱不包含时间信息，并且时域显示齿轮啮合中的任何不规则性。在这种情况下，所有光谱都不显着，只显示齿轮啮合频率和一些谐波。

　　当我们对两个大齿轮中的每一个进行同步平均时，没有迹象表明波形有任何缺陷。但是，当我们对小齿轮进行相同的测试时，波形告诉另一个故事。齿轮上有一个明显的区域，与大齿轮的啮合是非常嘈杂和不均匀的(见图4)。

　　图4。

　　在查看这些数据时，我们要求对齿轮进行检查，但是维修主管对此持怀疑态度，称齿轮箱的振动更大，这个齿轮箱已经运行了20年而没有任何问题。但我们坚持，***后一个检修板被拆除，所以我们可以看看齿轮。我们发现小齿轮轴中的键槽磨损严重，使得齿轮可以在轴上来回旋转齿轮边缘约一半的齿。轴和小齿轮的孔之间也有明显的间隙。大齿轮没有任何损坏迹象。

　　我们打电话给变速箱工厂的一位工程师并描述了这种情况。他说，当小齿轮和轴之间的过盈配合太松时，安装过程中出现问题。他说轴和小齿轮必须更换，并且很快就会避免灾难性故障。这使得信徒们从***初认为变速箱无需大修的维修人员中脱颖而出。从那时起，该工厂的振动监测计划受到越来越多的欢迎和尊重。

　　如前所述，同步平均不是一种新技术，但似乎很少在工业中使用。这不是一件困难的事情，并且可能导致关于几乎不可能以任何其他方式获得的机器的信息。此外，市场上有许多分析仪可以做到这一点，从小型电池供电单元到大型主电源系统。

　　下面的小齿轮照片说明了损坏情况：

　　图5.该照片显示了齿轮在轴上来回转动引起的小齿轮孔剥落。

　　图6.该照片显示了齿轮齿侧的磨损磨损。

　　图7.这张照片是受损牙齿边缘的特写镜头。注意接触区域末端的镦粗金属。