齒輪箱中滾動軸承的故障診斷及分析

王濤

摘?要： 機械的運轉需要多個零部件與系統(tǒng)的支持，滾動軸承在其中承擔的作用非同小可，直接關系機械能否正常運轉。本文通過對齒輪箱中滾動軸承的故障診斷及分析，希望可以起到一定借鑒意義。

關鍵詞： 滾動;軸承;故障

【中圖分類號】TH165.3?【文獻標識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）03-0129-01

前言：旋轉機械顧名思義需要旋轉的機械，在這類機械中齒輪箱中滾動軸承發(fā)生故障的概率比較高，約占旋轉機械全部故障的30.5%。所以，科學診斷齒輪箱中滾動軸承故障，分析其故障具體情況，對滾動軸承故障預防與處理意義重大。

1?滾動軸承的故障診斷方法分析

當前滾動軸承故障診斷方法有很多，一般常用的有排列熵診斷、混沌系統(tǒng)診斷、振動檢測診斷等方式。其中，排列熵診斷方式在現實應用中往往與其他方式結合應用，例如K-ELM結合排列熵方式，可以優(yōu)化模型提升模型診斷精準度[1]。本文接下來采用振動檢測診斷方式對齒輪箱中滾動軸承的故障進行診斷及分析。振動檢測方式主要通過提取轉動軸承的相關振動頻率等頻譜與參數，運用先進的信號處理技術與數據處理技術，進而對滾動軸承出現故障部位與故障情況進行分析，為之后故障處理提供依據。

2?齒輪箱中滾動軸承故障診斷難點分析

2.1?頻譜故障特征分析難度大

利用振動檢測方式對齒輪箱中滾動軸承故障診斷時，依靠頻譜對故障特征分析相對難度大。造成頻譜分析難度大原因有三：一，齒輪箱內部環(huán)境復雜。齒輪箱內部除了滾動軸承之外，還有很多其他零部件，這些零部件與軸承相互交織大大增加了齒輪箱內部環(huán)境的復雜性。而這種復雜性為頻譜帶來了一定干擾，增加了從中精準挑選滾動軸承頻譜難度;二，信號傳遞過程中會出現減弱。采用振動檢測方式對滾動軸承進行診斷時，需要對相應信號進行發(fā)射與收集，所以整個信號流經的程序比較長。信號的傳輸過程中難免出現減弱的情況，使得診斷不可能做到百分百精準;三，信號被其他信號掩蓋。在診斷中需要對齒輪箱發(fā)射信號，這些信號遇到齒輪箱中零部件之后反饋回傳，其他齒輪的反饋要明顯于故障反饋，進而對故障反饋造成一定掩蓋，提升了頻譜篩選難度。

2.2?滾動軸承轉速確定難

齒輪箱由眾多零部件構成，其中齒輪的大小各不相同，因此齒輪的轉速也不相同，而轉速會影響對齒輪中間滾動軸承故障診斷的精準度。大多數產商只會標明齒輪總轉速比、齒輪尺寸等參數，并沒有提供每一級齒輪的具體轉速情況，給滾動軸承故障診斷帶來不小難度[2]。因為，不同轉速情況下軸承的頻譜特征是不相同的，故想準確判斷具體故障情況，就不得不對轉速進行研究。

3?滾動軸承故障診斷實例

3.1?軸承故障診斷實例概況

齒輪箱型號為標準齒輪箱（FLENDER）H2SH04B，齒輪的總轉比1633.45 / 192.5=8.48。自2019年11月29日開始發(fā)現其出現提速情況。至2019年12月1日出現噪聲，對生產的產品質量造成十分不利影響。于是12月2日不得不對其進行全方位故障診斷，以求盡快消除影響，確保正常生產。在診斷中采用振動檢測—SKF技術，利用相關軟件（Version3.1.2版本）對頻譜等診斷圖進行分析，之后結合結果對齒輪箱內滾動軸承故障進行診斷分析與處理。在診斷中主要對振動三根軸上的軸承所在位置進行垂直、軸向、水平等檢測。檢測診斷之后對數據進行記錄與分析。

3.2?振動檢測診斷結果

振動檢測診斷結果比對H2SH04B齒輪箱軸承故障具體特征頻率數，具體數據如下（其中f1f2f3表示所在軸的頻率）：輸入軸承型號 33110，軸承外圈9.649Hzf1，軸承內圈12.350Hzf1，滾動體33.871Hzf1，保持架0.439Hzf1;中間軸承型號 32309B，軸承外圈7.182Hzf2，軸承內圈9.817Hzf2，滾動體2.9571Hzf2，保持架0.423Hzf2;輸出軸承型號一30217，軸承外圈8.571Hzf3，軸承內圈11.428Hzf3，滾動體3.301Hzf3，保持架0.429Hzf3;輸入軸承型號二30215，軸承外圈9.058Hzf3，軸承內圈11.941Hzf3，滾動體3.432Hzf3，保持架0.433Hzf3。

根據齒輪結構數據，計算出轉速為1527.51r/min，之后輸入f125.47Hz。得出加速度包絡頻譜發(fā)現其表現很高，高于正常值31.5gE（包絡單位），在頻譜中還表現出明顯諧波異常數值達到249.32Hz。之后將諧波異常值249.32Hz與輸入f125.47Hz軸頻率做商，得出特征頻率為9.789與上述故障系數十分相近。

并結合以往停機檢查樣頻譜中249.2HZ的頻率在中間軸上將表現為：249.2HZ=39.88X6.25Hz，根據上述診斷結果之后將33110軸承數據進行比對，得出的外圈故障頻率與故障特征頻率十分相近。結合診斷數據，診斷軸承故障為齒輪箱中33110軸承外圈損傷。2019年12月3日更換軸承，發(fā)現33110軸承外圈有明顯的滾子磨損。2019年12月8日對齒輪箱進行復查，現場無噪聲，機械運行正常。

3.3?滾動軸承診斷建議

結合診斷經驗，得出滾動軸承診斷中需要注意以下幾點：一，采用振動檢測診斷方式對故障進行診斷時，盡可能在每一個傳動軸承上進行檢測，避免齒輪箱對檢測結果造成的不利影響;二，滾動軸承檢測中注重各部分全面檢測，從垂直、水平、軸向等方面全面建立監(jiān)測點，進一步確保檢測準確度;三，選擇合適的測量范圍。在振動頻率選擇上要貼合具體齒輪箱的情況，確保檢測的準確性;四，注重檢測經驗積累。日常注重軸承故障診斷經驗積累，及時記錄不同故障表現的癥狀，方便下次檢驗時準確做出預判[3]。

結束語：綜上所述，齒輪箱中滾動軸承的故障診斷及分析方式有很多種，相關齒輪箱滾動軸承故障診斷人員，可以根據機械的具體情況適當選擇診斷方式，提升故障診斷準確性。本文研究有限，還需要更多研究者加入研究之中，共同為技術進步與推廣貢獻力量。

參考文獻

[1]?秦波，孫國棟，陳帥，et al.排列熵與核極限學習機在滾動軸承故障診斷中的應用[J].組合機床與自動化加工技術，2017（2）：73-76.

[2]?李國正，譚南林，蘇樹強，et al.混沌同步系統(tǒng)降噪方法及其在滾動軸承故障診斷中的應用[J].北京理工大學學報，2019（7）：669-675.

[3]?戴曉超，王興宇，王澤飛，et al.高速齒輪箱圓錐滾子軸承滾道接觸損傷機理分析[J].機車電傳動，2018（3）：62-65.