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(guò)程中，齒輪都起著重要的作用，然而很多機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)由于齒輪出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致機(jī)械發(fā)生故障。面對(duì)這樣的情況，對(duì)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(guò)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(duì)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(wèn)題所導(dǎo)致的。有鑒于此，對(duì)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(lái)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(lái)源

（一）振動(dòng)信號(hào)

機(jī)械設(shè)備是一個(gè)有機(jī)的整體，在運(yùn)行過(guò)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(guò)程中就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。目前，針對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)器振動(dòng)來(lái)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(jiǎn)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(hào)

機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)出的聲音主要來(lái)源于齒輪的振動(dòng)，當(dāng)齒輪在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)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(guò)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(hào)

聲發(fā)射是指材料由于受到來(lái)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(wú)損檢測(cè)?，F(xiàn)在一些技術(shù)人員已經(jīng)開(kāi)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(lái)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(hào)監(jiān)測(cè)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(huì)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(jiàn)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(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)易診斷法，簡(jiǎn)易診斷法就是維修人員通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)直接聽(tīng)機(jī)器中的噪聲來(lái)判斷故障原因，還可以利用手掌來(lái)感受機(jī)器的振動(dòng)頻率與振動(dòng)強(qiáng)度，來(lái)對(duì)齒輪的運(yùn)行狀況進(jìn)行初步的判斷。通過(guò)感觀來(lái)感受機(jī)器的各種變化來(lái)判斷機(jī)器故障的原因與程度。這種診斷的方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單、而且速度比較快，但對(duì)維修人員的經(jīng)驗(yàn)要求比較高，而且精確性無(wú)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(cè)和維修設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)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(lái)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(lái)進(jìn)行的方法。這種方法由于獲取信息不及時(shí)，因此無(wú)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)機(jī)器中特定的部分進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)維修，這種方法具有較強(qiáng)的目的性，可以更快地對(duì)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(shì)

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(hào)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(huì)出現(xiàn)新型的診斷技術(shù)，齒輪故障診斷的方法將會(huì)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(duì)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(shí)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(guó)科技工作者與一線的維修人員的共同努力。

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