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[摘 要]本文通过运用齿轮箱故障诊断的方法对齿轮箱轴承进行故障诊断，准确判断出齿轮箱轴承存在的故障，预防性的处理设备故障，取得了显著的经济效益和社会效益。
[关键词]齿轮箱 轴承 故障诊断 频谱
中图分类号：TH133.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0201-01
1.前言
齿轮箱在机械设备传动中占据重要的位置，应用十分广泛，如果出现故障对生产影响很大，齿轮箱的故障相当一部分是由轴承引起的，而对轴承的运转状态及劣化趋势却很难准确把握，在很大程度上无法做到维修处理的目的。本文通过运用齿轮箱故障诊断方法，准确的发现轴承故障达到预防处理设备故障的目的。齿轮箱故障诊断的运用有着重要的意义。经实践证明该方法简洁、有效具有很好的实际效果。
2.设备概况及测点设计编制
2.1 设备基本参数
电动机参数：功率 550KW，额定转速 1486r/min
减速机参数：三级变速，一级啮合齿数N0/N1=42/116，二级啮合齿数N2/N3=23/99，三级啮合齿数N4/N5=26/88
计算数据：
第一级减速轴转速N1N0*Z0/Z1=538.0345 r/min
第二级减速轴转速N2=N1*Z2/Z3=124.9979 r/min
第三级减速轴转速N3=N2*Z4/Z5=36.9312 r/min
第一对啮合齿轮啮合频率FM1=N0*Z0=62412 r/min=1040.20Hz
第二对啮合齿轮啮合频率FM2=N1*Z2=12374.79 r/min=206.25Hz
第三对啮合齿轮啮合频率FM3=N2*Z4=3249.95 r/min=54.1658Hz
2.2 测点设计编制
齿轮箱结构简图如图1所示，对齿轮箱测点作路径编制，输入轴输入端为测点3，自由端为测点4，依次如图标识。
图1 齿轮箱结构简
分别对各测点做如下项监测：水平（H）、垂直（V）、轴向（A）作常规的振动速度和尖峰能量测量，并做4次平均。如，G3H、G3V、G3A；G3HgSE，G3VgSE、G3AgSE等。
为便于对齿轮啮合状况分析，在振动速度监测项增加宽频监测，即10HZ-2KHZ。
3.状态监测及其分析
3.1 减速机振动速度总量监测
从设备振动速度幅值列表看，该减速机振动幅值较以前及同类设备有较大增加，但按国际标准化组织ISO10816-3标准均处于A区域，即设备振动品质相当于新机，这并不能说明设备一定安全可靠，须对其它参量进一步分析。
3.2 减速机振动尖峰能量总量监测结果见表2。
表1 速机振动尖峰能量总量监测结果
从设备振动尖峰能量列表看，幅值较大，且输入端大于非轴伸端。
3.3 频率理论计算
轴承FAG NU2244故障频率的理论计算：
轴承保持架故障频率 FTF（NU2244） =0.4356N0（实测）
轴承滚动体故障频率 BSF（NU2244） =3.8106N0（实测）
轴承外环故障频率 BPFO（NU2244）= 8.274N0（实测）
轴承内环故障频率 BPFI（NU2244）= 10.728N0（实测）
3.4 频谱诊断分析
1）常规振动速度频谱
诊断分析：
输入齿轮轴转速基频（N0）及其第2，3，4次谐波频率（2 N0，3 N0，4 N0，……），这表明输入齿轮轴上的滚动轴承游隙或间隙过大。
测点3垂直方向、测点4水平方向、测点4垂直方向振动速度频谱与如图2非常类似，诊断结果是相同的。
2）尖峰能量频谱
诊断分析：
当基准转速N0（实测）=1479.13rpm 时，
轴承保持架理论故障频率：
FTF（NU2244）=0.4356N0（实测）=644.31r/min
轴承保持架实测故障频率： FTF（NU2244）=666.94r/min
理论与实测数据相差22.63r/min，频谱图分辨率60000/1600=37.5>22.63，即轴承保持架实测故障频率与轴承保持架理论故障频率基本吻合。从频谱图和上述计算数据，故得出以下结论：
①输入齿轮轴转速基频（N0）及其第2，3，4次谐波频率（2 N0，3 N0，4 N0，……），这表明输入齿轮轴上的滚动轴承游隙或间隙过大。
②看到FAG NU2244轴承的保持架故障频率，说明轴承的保持架已出现轻微损伤。
测点4水平方向振动尖峰能量频谱与测点3水平方向振动尖峰能量频谱类似，诊断结果是相同的。
3）10Hz-2KHz频谱
诊断分析：
①第二对啮合齿轮啮合频率FM2的二次、三次谐波幅值突出，并且它们的两侧伴有输入转速N0的边带频率。
②输入轴上滚动轴承间隙过大，造成输入齿轮轴摆动，影响第二对齿轮啮合。
③第二对齿轮可能损伤。
4）第二对啮合齿轮啮合频率趋势。
诊断分析：
①第二对啮合齿轮啮合频率FM2的二次谐波幅值变化异常，波动较大，呈上升趋势。
②第二对啮合齿轮啮合状况不佳，输入轴上滚动轴承间隙过大，造成输入齿轮轴摆动，影响第二对齿轮啮合。
③第二对齿轮可能损伤。
4.拆检结果
①FAG NU2244滚动轴承游隙比规定大0.3mm。
②保持架局部损伤。
③第二对啮合齿轮由于摆动表面磨损严重。
5.结束语
通过多台设备减速机轴承故障的诊断，准确判断出轴承故障，达到预防维修的目的，避免事故停机，起到显著的效果，这值得推广。
[关键词]齿轮箱 轴承 故障诊断 频谱
中图分类号：TH133.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0201-01
1.前言
齿轮箱在机械设备传动中占据重要的位置，应用十分广泛，如果出现故障对生产影响很大，齿轮箱的故障相当一部分是由轴承引起的，而对轴承的运转状态及劣化趋势却很难准确把握，在很大程度上无法做到维修处理的目的。本文通过运用齿轮箱故障诊断方法，准确的发现轴承故障达到预防处理设备故障的目的。齿轮箱故障诊断的运用有着重要的意义。经实践证明该方法简洁、有效具有很好的实际效果。
2.设备概况及测点设计编制
2.1 设备基本参数
电动机参数：功率 550KW，额定转速 1486r/min
减速机参数：三级变速，一级啮合齿数N0/N1=42/116，二级啮合齿数N2/N3=23/99，三级啮合齿数N4/N5=26/88
计算数据：
第一级减速轴转速N1N0*Z0/Z1=538.0345 r/min
第二级减速轴转速N2=N1*Z2/Z3=124.9979 r/min
第三级减速轴转速N3=N2*Z4/Z5=36.9312 r/min
第一对啮合齿轮啮合频率FM1=N0*Z0=62412 r/min=1040.20Hz
第二对啮合齿轮啮合频率FM2=N1*Z2=12374.79 r/min=206.25Hz
第三对啮合齿轮啮合频率FM3=N2*Z4=3249.95 r/min=54.1658Hz
2.2 测点设计编制
齿轮箱结构简图如图1所示，对齿轮箱测点作路径编制，输入轴输入端为测点3，自由端为测点4，依次如图标识。
图1 齿轮箱结构简
分别对各测点做如下项监测：水平（H）、垂直（V）、轴向（A）作常规的振动速度和尖峰能量测量，并做4次平均。如，G3H、G3V、G3A；G3HgSE，G3VgSE、G3AgSE等。
为便于对齿轮啮合状况分析，在振动速度监测项增加宽频监测，即10HZ-2KHZ。
3.状态监测及其分析
3.1 减速机振动速度总量监测
从设备振动速度幅值列表看，该减速机振动幅值较以前及同类设备有较大增加，但按国际标准化组织ISO10816-3标准均处于A区域，即设备振动品质相当于新机，这并不能说明设备一定安全可靠，须对其它参量进一步分析。
3.2 减速机振动尖峰能量总量监测结果见表2。
表1 速机振动尖峰能量总量监测结果
从设备振动尖峰能量列表看，幅值较大，且输入端大于非轴伸端。
3.3 频率理论计算
轴承FAG NU2244故障频率的理论计算：
轴承保持架故障频率 FTF（NU2244） =0.4356N0（实测）
轴承滚动体故障频率 BSF（NU2244） =3.8106N0（实测）
轴承外环故障频率 BPFO（NU2244）= 8.274N0（实测）
轴承内环故障频率 BPFI（NU2244）= 10.728N0（实测）
3.4 频谱诊断分析
1）常规振动速度频谱
诊断分析：
输入齿轮轴转速基频（N0）及其第2，3，4次谐波频率（2 N0，3 N0，4 N0，……），这表明输入齿轮轴上的滚动轴承游隙或间隙过大。
测点3垂直方向、测点4水平方向、测点4垂直方向振动速度频谱与如图2非常类似，诊断结果是相同的。
2）尖峰能量频谱
诊断分析：
当基准转速N0（实测）=1479.13rpm 时，
轴承保持架理论故障频率：
FTF（NU2244）=0.4356N0（实测）=644.31r/min
轴承保持架实测故障频率： FTF（NU2244）=666.94r/min
理论与实测数据相差22.63r/min，频谱图分辨率60000/1600=37.5>22.63，即轴承保持架实测故障频率与轴承保持架理论故障频率基本吻合。从频谱图和上述计算数据，故得出以下结论：
①输入齿轮轴转速基频（N0）及其第2，3，4次谐波频率（2 N0，3 N0，4 N0，……），这表明输入齿轮轴上的滚动轴承游隙或间隙过大。
②看到FAG NU2244轴承的保持架故障频率，说明轴承的保持架已出现轻微损伤。
测点4水平方向振动尖峰能量频谱与测点3水平方向振动尖峰能量频谱类似，诊断结果是相同的。
3）10Hz-2KHz频谱
诊断分析：
①第二对啮合齿轮啮合频率FM2的二次、三次谐波幅值突出，并且它们的两侧伴有输入转速N0的边带频率。
②输入轴上滚动轴承间隙过大，造成输入齿轮轴摆动，影响第二对齿轮啮合。
③第二对齿轮可能损伤。
4）第二对啮合齿轮啮合频率趋势。
诊断分析：
①第二对啮合齿轮啮合频率FM2的二次谐波幅值变化异常，波动较大，呈上升趋势。
②第二对啮合齿轮啮合状况不佳，输入轴上滚动轴承间隙过大，造成输入齿轮轴摆动，影响第二对齿轮啮合。
③第二对齿轮可能损伤。
4.拆检结果
①FAG NU2244滚动轴承游隙比规定大0.3mm。
②保持架局部损伤。
③第二对啮合齿轮由于摆动表面磨损严重。
5.结束语
通过多台设备减速机轴承故障的诊断，准确判断出轴承故障，达到预防维修的目的，避免事故停机，起到显著的效果，这值得推广。