杨荣
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摘要：本文针对轴承和齿轮箱的故障诊断展开分析，思考了轴承和齿轮箱的故障诊断的方法和基本的措施，希望可以为今后的轴承和齿轮箱的故障诊断工作带来参考。
关键词：轴承；齿轮箱；故障；诊断
前言
在轴承和齿轮箱的故障诊断的过程中，应该清楚诊断的方法和原理，明确轴承和齿轮箱的故障诊断的具体的技术，才能够提高轴承和齿轮箱的故障诊断的效果。
1、齿轮箱故障诊断特点与诊断方法
1.1常见的齿轮箱故障形式
通常齿轮箱运行过程中，由于齿轮箱本身制造装配误差以及操作维护不善或者不合适的环境下使用等，均会使其极易产生各种形势的故障。故障类型也会随着齿轮材料、热处理工艺程度、运转状态等因素的不同而产生不同的变化。常见的齿轮箱故障形式有：齿面磨损、粘着撕伤、齿面疲劳剥落、轮齿龟裂和断齿、齿面点蚀、齿面胶合与擦伤以及齿面接触式疲劳、弯曲疲劳等故障。
1.2齿轮箱的振动特征
在齿轮箱高速运转状态下，伴随着内部构件故障的发生与发展，必定会产生异常的振动，振动信号可以很快的反映出齿轮箱的运行状态，判别出各构件是否出现异常。大量实验证明，对齿轮箱故障检测进行振动分析是最有效的方法。由于齿轮箱的零部件在工作过程中所受得激励源不同会使其产生出多种复杂的振动类型，而且其中齿轮在啮合过程中产生的齿形和周期误差、偏心以及质量不平衡等故障，同时还会是齿轮箱工作过程中发生齿面磨损、疲劳断齿等故障[2]，严重影响到机械设备的运行，进而影响的经济效益，甚至出现伤亡事故。由于故障对振动信号的影响是多方面的，因此如果仅仅依靠对齿轮箱振动信号出现啮合频率和倍频成分的差异来识别齿轮箱各部件的故障是远远不够的，其中包括幅值调制、频率调制等频率成分进行诊断。
1.3故障诊断过程对小波的内在需求
小波分析应用于机械故障诊断，快速准确的识别故障，是小波分析要完成在齿轮箱的故障诊断过程对小波的内在需求中的主要任务。通过实验研究说明，机械故障诊断和信号特征提取的所采用的方式是对特征信号进行高效的时域-频域分析，该分析方法是故障诊断的必要要求。
通过对齿轮箱各部件故障诊断全过程进行分析，建立故障诊断系统的数学模型。目前对振动信号分析以分析时域-频域特征为主，但是故障特征信号的特殊性需要对其进行高效的时频分析，而且诊断理论也要求对特征信号进行深度分析，时域-频域分析是主要的分析手段，提取微弱信号对诊断过程有着至关重要的意义。
2、行星齿轮箱故障诊断技术中常用方法
行星齿轮箱一般为多轴系系统，结构复杂，在工作过程中由于存在多对齿轮和滚动轴承同时工作，频率成分多，各种干扰较大，所以状态监测和故障诊断过程中，应尽量采取多种方法进行综合诊断。
2.1扭振分析是行星齿轮箱状态监测和故障诊断的常用方法之一。在行星齿轮箱故障诊断中常常采用箱体振动信号进行分析处理，但是由于箱体振动信号中包含了各种齿轮的啮合信号以及整个机器系统中其他振动的响应，并且在振动传递到测点的过程中有较大衰减和畸形，因此将待诊断的齿轮啮合振动信号从很强的噪声中分离出来较困难。而利用从齿轮传动系统的回转信号波动中得到的扭振形式振动信号进行分析，则可避免以上利用箱体振动信号分析带来的困难。而且扭振信号不像横向信号那样容易受到其他振源产生的振动干扰，对于故障更加敏感，信噪比高，适合应用于早期的故障发现。
2.2油液分析也是行星齿轮箱故障诊断的一种常用方法。利用油液分析进行故障诊断是建立在齿轮箱中产生故障的摩擦副材料不同和磨粒大小、数量、形状的不同的基础上。齿轮箱在工作过程中，齿轮和滚动轴承各摩擦副都会产生摩擦，使摩擦副材料的磨粒发生脱落而进入润滑油中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于磨损的程度不同，进入润滑油的磨粒的数量、大小和形状也是不同的，通过对油液中的化学元素进行成分分析或对油液中磨粒的数量、大小和形状进行分析，可以监测和诊断齿轮箱的故障。常用的油液分析方法有铁谱分析法和光谱分析法。
2.3在相同的转速和负荷的情况下，对轴承座的温度进行监测是状态监测和故障诊断的一种有效方法。温度的变化反映了安装在这个轴上的齿轮和滚动轴承的劣化和故障程度。但是此方法的缺点是测点一定要在轴承座上或非常接近轴承座的位置，否则故障的初期温度变化不灵敏。这就要求在轴承座上预先安装温度传感器，这一点在很多场合无法实现。
3、轴承的故障诊断方法
滚动轴承故障的检测诊断技术有很多种,如振动信号检测、润滑油液分析检测、温度检测、声发射检测等。在各种诊断方法中,基于振动信号的诊断技术应用最为广泛,该技术分为简易诊断法和精密诊断法两种。简易诊断利用振动信号波形的各种参数,如幅值、波形因数、波峰因数、概率密度、峭度系数等,以及各种解调技术对轴承进行初步判断以确认是否出现故障;精密诊断则利用各种现代信号处理方法判断在简易诊断中被认为是出现了故障的轴承的故障类别及原因。
3.1滚动轴承故障的简易诊断法
在利用振动对滚动轴承进行简易诊断的过程中，通常是要测得的振值(峰值、有效值等)与预先给定的某种判定标准进行比较，根据实测的振值是否超出了标准给出的界限来判断轴承是否出现了故障，以决定是否需要进一步进行精密诊断。用于滚动轴承简易诊断的判断标准可大致分为三种：
（1）绝对判定标准:是用于判断实测振值是否超限的绝对量值；
（2）相对判定标准:是对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障的情况下的振值为标准，根据实测振值与该基准振值之比来进行诊断的标准；
（3）类比判定标准:是把若干同一型号的轴承在相同的条件下在同一部位进行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准。
绝对判定标准是在规定的检测方法的基础上制定的标准，因此必须注意其适用频率范围，并且必须按规定的方法进行振动检测。适用于所有轴承的绝对判定标准是不存在的，因此一般都是兼用绝对判定标准、相对判定标准和类比判定标准，这样才能获得准确、可靠的诊断结果。
3.2滚动轴承故障的精密诊断法
滚动轴承的振动频率成分十分丰富，既含有低频成分，又含有高频成分，而且每一种特定的故障都对应有特定的频率成分。精密诊断的任务，就是要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来，从而指示特定故障的存在。
常用的精密诊断有下面几种。
（1）低频信号分析法
低频信号是指频率低于8kHz的振动。一般测量滚动轴承振动时都采用加速度传感器，但对低频信号都分析振动速度。因此，加速度信号要经过电荷放大器后由积分器转换速度信号，然后再经过上限截止频率为8kHz的低通滤波器去除高频信号，最后对其进行频率成分分析，以找到信号的特征频率，进行诊断。
（2）中、高频信号解调分析法
中频信号的频率范围为8kHz-20kHz，高频信号的频率范围为20kHz-80kHz。由于对中、高频信号可直接分析加速度，传感器信号经过电荷放大器后，直接通过高通滤波器去除低频信号，然后对其进行解调，最后进行频率分析，以找出信号的特征频率。
4、结束语
综上所述，在轴承和齿轮箱的故障诊断的时候，要采取更好的诊断的方法，本文总结了轴承和齿轮箱的故障诊断的方法和措施，可以为今后的诊断带来有益的参考。
参考文献：
［1］丁康，朱小勇.齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2017.78
论文作者:杨荣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：齿轮箱论文; 信号论文; 故障论文; 故障诊断论文; 轴承论文; 方法论文; 频率论文; 《防护工程》2018年第9期论文;