淺談齒輪故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

焉偉哲

摘 要：在各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，齒輪都起著重要的作用，然而很多機(jī)械在運(yùn)行過程中往往會由于齒輪出現(xiàn)問題而導(dǎo)致機(jī)械發(fā)生故障。面對這樣的情況，對于齒輪進(jìn)行有效的故障排查與修理顯得尤為重要。本文將詳細(xì)介紹齒輪故障診斷的原理與具體工作方法，以供廣大讀者參考。

關(guān)鍵詞：齒輪；故障診斷；應(yīng)用

機(jī)械診斷故障學(xué)這門學(xué)科最早誕生于上世紀(jì)60～70年代，經(jīng)過了多年發(fā)展，已經(jīng)逐步完善，這門學(xué)科主要研究機(jī)械設(shè)備在靜止或者運(yùn)行狀態(tài)的情況，再根據(jù)設(shè)備之前的運(yùn)行狀況推斷出設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況，對設(shè)備中已經(jīng)或可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行排除或預(yù)防。眾所周知，齒輪作為機(jī)器中最常用的部件，機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，在很多情況下都是由于齒輪出現(xiàn)問題所導(dǎo)致的。有鑒于此，對齒輪進(jìn)行故障診斷就更有必要。在一般情況下，齒輪故障診斷的主要步驟包括確定齒輪故障的信息來源選擇診斷方式選擇處理的方式。

一、判斷齒輪故障的信息來源

（一）振動(dòng)信號

機(jī)械設(shè)備是一個(gè)有機(jī)的整體，在運(yùn)行過程中，由于齒輪的設(shè)計(jì)或制造中難免出現(xiàn)誤差，因此機(jī)器在運(yùn)行過程中就會發(fā)生振動(dòng)。目前，針對不同運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)器振動(dòng)來判斷齒輪故障的方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，這也是目前齒輪故障的一個(gè)比較簡單和普遍的方法。相關(guān)的檢查儀器也比較齊全，而且靈敏度也比較高，因此比較常用。

（二）聲音信號

機(jī)器運(yùn)行過程中發(fā)出的聲音主要來源于齒輪的振動(dòng)，當(dāng)齒輪在運(yùn)行過程中發(fā)生振動(dòng)的時(shí)候，就會帶動(dòng)齒輪箱發(fā)出噪音。其中頻段比較低的噪音主要由齒輪產(chǎn)生，頻段比較高的噪聲則主要是由齒輪箱的箱體所產(chǎn)生。有經(jīng)驗(yàn)的維修人員完全可以通過聲音的頻段與規(guī)律發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的部位，并進(jìn)行維修。

（三）聲發(fā)射信號

聲發(fā)射是指材料由于受到來自外部或內(nèi)部的力的作用而產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波的形式釋放能量的現(xiàn)象。主要用于齒輪設(shè)備的無損檢測。現(xiàn)在一些技術(shù)人員已經(jīng)開始嘗試把聲發(fā)射技術(shù)運(yùn)用到齒輪的故障診斷中，并根據(jù)彈力波的具體頻段來判斷故障發(fā)生的部位與的嚴(yán)重程度。與傳統(tǒng)的振動(dòng)、聲音信號監(jiān)測相比，這種方法有利于維修人員更早的發(fā)現(xiàn)故障，而且具有更高的準(zhǔn)確性與實(shí)用價(jià)值。

（四）紅外成像技術(shù)

物體一旦被加熱，就會釋放紅外輻射。紅外成像技術(shù)就是將人的眼睛所看不到的紅外光轉(zhuǎn)換成可見光并進(jìn)行顯示，這種技術(shù)具有更好的靈敏度，響應(yīng)速度也比較快。維修人員可以根據(jù)紅外成像設(shè)備所顯示出的齒輪熱量變化來準(zhǔn)確判斷齒輪是否發(fā)生故障，以及故障的嚴(yán)重程度，在某些情況下還可以判斷出齒輪故障的類型。

二、齒輪故障的診斷方法

（一）簡單診斷與粳米診斷

目前，我們常用的齒輪故障診斷法，可以將其分為兩種，即精密診斷法與簡易診斷法，簡易診斷法就是維修人員通過經(jīng)驗(yàn)來直接聽機(jī)器中的噪聲來判斷故障原因，還可以利用手掌來感受機(jī)器的振動(dòng)頻率與振動(dòng)強(qiáng)度，來對齒輪的運(yùn)行狀況進(jìn)行初步的判斷。通過感觀來感受機(jī)器的各種變化來判斷機(jī)器故障的原因與程度。這種診斷的方法相對比較簡單、而且速度比較快，但對維修人員的經(jīng)驗(yàn)要求比較高，而且精確性無法得到百分之百的保證。精密的診斷方法是利用精密的監(jiān)測和維修設(shè)備來監(jiān)測機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，并對發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)處理。精密診斷方法的準(zhǔn)確性更高，但是要求維修人員必須有一定的文化素質(zhì)，能夠操作這些復(fù)雜的設(shè)備，而且這些精密設(shè)備的價(jià)格也比較昂貴，資金狀況不理想的企業(yè)很難承擔(dān)。

（二）離線診斷與在線診斷

從診斷的時(shí)間上來劃分，可以把診斷方法分為離線診斷和在線診斷兩種。離線診斷是指在機(jī)器上采集數(shù)據(jù)，之后把后期的診斷工作放在實(shí)驗(yàn)室或其他有條件的地方來進(jìn)行的方法。這種方法由于獲取信息不及時(shí)，因此無法用于緊急狀況下的維修。在線診斷方法是指在獲取機(jī)器運(yùn)行數(shù)據(jù)之后直接在現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)處理。但是這種方法成本比較高，一般只是用于緊急狀況或關(guān)鍵設(shè)備的維修。

（三）常規(guī)診斷與特殊診斷

常規(guī)診斷是對設(shè)備在常規(guī)狀態(tài)下進(jìn)行診斷分析，包括日常的檢修維護(hù)工作。這種方法的排查面積比較大，可以使維修人員對機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)有一個(gè)全面的了解，并且容易發(fā)現(xiàn)一些不是很嚴(yán)重的故障。特殊診斷則是指對機(jī)器中特定的部分進(jìn)行有針對性的監(jiān)測維修，這種方法具有較強(qiáng)的目的性，可以更快地對出現(xiàn)故障的部分進(jìn)行檢查與維修。

三、齒輪故障診斷技術(shù)的應(yīng)用趨勢

在計(jì)算水平的完善下，出現(xiàn)了大量的新型故障處理技術(shù)，代表性的有循環(huán)統(tǒng)計(jì)與高階統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方式，這是現(xiàn)階段處理信號的有效工具。其次，處于試驗(yàn)中的診斷方法將有望得到進(jìn)一步的實(shí)用化。在科技水平的發(fā)展下，必然會出現(xiàn)新型的診斷技術(shù)，齒輪故障診斷的方法將會更加多樣化與系統(tǒng)化，遠(yuǎn)程的診斷技術(shù)也將得以實(shí)現(xiàn)，使診斷技術(shù)快速走上實(shí)用化道路。

四、總結(jié)

在本文中，作者對齒輪故障診斷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)。眾所周知，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合了機(jī)械，材料，力學(xué)，信息理論等多方面的知識與理論，是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)。要想全面而精準(zhǔn)地掌握齒輪故障的特點(diǎn)，需要我國科技工作者與一線的維修人員的共同努力。

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