文/孫守明，丁集礦綜機(jī)工區(qū)

1 減速機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖1所示為一單級直齒圓柱齒輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖,主要由齒輪、軸及軸承組合、箱體和減速機(jī)附件等組成。箱體是減速機(jī)的重要組成部分,是傳動零件的基座。箱體通常用灰鑄鐵制造,對于重載或有沖擊載荷的減速機(jī)可以采用鑄鋼箱體。單件生產(chǎn)的減速機(jī),可采用鋼板焊接的箱體。為了便于安裝和拆卸,箱體制成沿軸心線水平剖分式結(jié)構(gòu)。上箱蓋和下箱體用螺栓聯(lián)接成一體。箱座與地基用地腳螺栓聯(lián)接。箱蓋上的視孔是為檢查嚙合情況及向箱內(nèi)注入潤滑油而設(shè)置的,箱蓋頂部還裝有通氣器,它能及時(shí)排出箱內(nèi)廢氣。為了檢查箱內(nèi)油面的高低,在箱座側(cè)面裝有測油尺,箱座底部設(shè)有放油螺塞,用以放出箱內(nèi)的油。

箱蓋上的吊鉤是為了吊裝箱蓋用的,而整個減速機(jī)的吊運(yùn),則用箱座上鑄出的吊耳。為了便于打開箱蓋,有些減速機(jī)上常設(shè)有起蓋螺釘。為了保證在拆裝箱蓋時(shí),保證箱蓋與箱座的定位精確,而設(shè)置了兩個定位銷。

2 減速機(jī)的故障特征分析

2.1 軸不平衡

不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見的故障。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，制造和安裝誤差，材質(zhì)不均勻，運(yùn)行中轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢、零部件的松動和脫落等。軸系不平衡的主要故障特征：

1）軸頻或基頻出現(xiàn)峰值，其他倍頻振幅較??；

2）徑向振動大；

3）軸心軌跡成為橢圓形；

4）振動強(qiáng)烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感。

2.2 軸不對中

軸不對中通常是指相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。軸不對中可分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中，聯(lián)軸器不對中又可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。軸不對中的主要故障特征：

1）平行不對中徑向出現(xiàn)軸的一倍頻、二倍頻峰值，尤以二倍頻顯著。

2）偏角不對中軸向振動大，在基頻、二倍頻甚至三倍頻處有穩(wěn)定的高峰。

3）平行偏角不對中軸向和徑向均發(fā)生振動。

2.3 滾動軸承故障

滾動軸承的主要故障形式有：

1）疲勞剝落。滾動軸承工作時(shí)，滾道和滾動體表面既承受載荷又相對滾動，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處最大剪應(yīng)力處形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面層生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就稱為疲勞剝落。

2）磨損。由于滾道和滾動體的相對運(yùn)動包括滾動和滑動和塵埃異物的侵入等都會引起表面磨損，而當(dāng)潤滑不良時(shí)更會加劇表面磨損。磨損的結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低運(yùn)轉(zhuǎn)精度。

3）塑性變形。在工作負(fù)荷過重的情況下，軸承受到過大的沖擊載荷和靜載荷，或者因?yàn)闊嶙冃我鸬念~外的載荷，或者當(dāng)有高硬度的異物侵入時(shí)，都會在滾道表面上形成凹痕或劃痕。

4）斷裂。當(dāng)載荷超過軸承滾道或滾動體的強(qiáng)度極限時(shí)會引起軸承零件的斷裂。此外，由于磨削加工、熱處理或裝配時(shí)引起的殘余應(yīng)力、工作時(shí)的熱應(yīng)力過大等也都有可能造成軸承零件的斷裂。

2.4 齒輪故障

由于齒輪制造，操作，維護(hù)以及齒輪材料、熱處理、運(yùn)行狀態(tài)等因素的不同，產(chǎn)生異常的形式也不同，常見的齒輪異常有以下幾種形式。

1）齒面磨損。潤滑油不足或油質(zhì)不清潔，將造成齒面劇烈的磨粒磨損。

2）齒面膠合和擦傷。重載和高速的齒輪傳動，使齒面工作區(qū)溫度很高。新齒輪未經(jīng)跑合時(shí)，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。

3）齒面接觸疲勞。齒輪在嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。

4）彎曲疲勞與斷齒。輪齒承受載荷，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用。

3 主要故障診斷方法分析

一般而言，對隨機(jī)信號可從時(shí)域和頻域這兩個角度來進(jìn)行分析。如果對所測得的時(shí)間歷程信號直接實(shí)行各種運(yùn)算且運(yùn)算結(jié)果仍然屬于時(shí)域范疇，則這樣的分析運(yùn)算即為時(shí)域分析，如統(tǒng)計(jì)特性參量分析、相關(guān)分析等；反之，如果首先將所測時(shí)域信號經(jīng)過傅立葉變換為頻域信號，然后再對其施行各種運(yùn)算的分析方法稱為頻域分析。

3.1 時(shí)域分析

常用工程信號都是時(shí)間波形的形式。時(shí)間波形有直觀、易于理解等特點(diǎn)，由于是最原始的信號，所以包含的信息量大。缺點(diǎn)是不太容易看出所包含信息與故障的聯(lián)系。對于某些故障信號，其波形具有明顯的特征，這時(shí)可以利用時(shí)間波形做出初步判斷。時(shí)域分析方法包括自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、概率密度，時(shí)域平均等。

3.1.1 自相關(guān)函數(shù)

信號或數(shù)據(jù)X（t）的自相關(guān)函數(shù)Rx（τ）用以描述一個時(shí)刻的取值與另一個時(shí)刻的取值之間的依賴關(guān)系。不同信號具有不同的相關(guān)函數(shù)，是利用自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行故障診斷依據(jù)。正常運(yùn)動的機(jī)器，其平穩(wěn)狀態(tài)下的振動信號的自相關(guān)函數(shù)往往與寬帶隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù)相近，而當(dāng)有故障，特別是周期性沖擊故障時(shí)，自相關(guān)函數(shù)就會出現(xiàn)較大的峰值。

3.1.2 互相關(guān)函數(shù)

互相關(guān)函數(shù)是表示兩組數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系的相關(guān)統(tǒng)計(jì)量，互相關(guān)函數(shù)在時(shí)間位移等于信號通道系統(tǒng)所需時(shí)間值時(shí)，將出現(xiàn)峰值。互相關(guān)分析不但可以利用互相延時(shí)和能量信息對傳輸通道進(jìn)行識別，還可以檢測外界噪聲中的信號。

3.2 頻域分析

3.2.1 自功率譜分析

自功率譜密度函數(shù)是在頻域中對信號能量或功率分布情況的描述，它可由自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換求得，也可以直接用FFT求得。

自功率譜分析能夠?qū)?shí)測的復(fù)雜工程信號分解成簡單的諧波分量來研究，描述了信號的頻率結(jié)構(gòu)，因此對機(jī)器設(shè)備的動態(tài)信號作功率譜相當(dāng)于給機(jī)器“透視”，從而了解機(jī)器設(shè)備各個部分的工作狀況。功率譜分析在解決工程實(shí)際問題中獲得了廣泛的應(yīng)用。

3.2.2 倒頻譜分析

由于一般減速機(jī)中都有很多齒輪和轉(zhuǎn)軸，因而有很多不同的轉(zhuǎn)軸速度和齒輪嚙合頻率。每一個軸速度都有可能在每一個嚙合頻率周圍調(diào)制出一個邊帶信號。因此，在減速機(jī)振動的功率譜中，就可能有很多調(diào)制頻率不同的邊帶信號，即功率譜圖中包含很多大小和周期都不同的成分，在功率譜圖上都混在一起，很難分離，即很難直觀看出其特點(diǎn)。如果對具有連帶信號的功率譜本身再做一次譜分析，則能把連帶信號分離出來，因?yàn)楣β手械闹芷诜至吭诘诙巫V分析的譜圖中是離散譜線，其高度就反映原功率譜中周期分量的大小。這就是倒譜分析法。