機械故障診斷之齒輪故障小議

張國虎

摘要：隨著時代的不斷發展，機械已日益成為生產過程中不可或缺的一部分。而機械的高性能化、高自動化、高效率化是現代機械的一個重要發展方向。齒輪作為傳動機械設備中至關重要的部件，它不僅關乎機械的正常運轉，且對整個生產過程的進度與經濟效益等產生巨大影響。而齒輪發生故障又是常出現的事件，因此，加大對齒輪出現故障的原因與解決方法的研究尤顯必要。本文將針對此進行粗略探討。

關鍵詞：機械；齒輪；故障；分析

1.引言

現代化的不斷發展讓機械設備也日益朝著大型化、復雜化方向發展，其設備的構造與操作原理也愈加復雜。齒輪是機械設備中用來傳遞動力的重要部件，而齒輪故障又時常發生，這無疑會對機械的整體運作產生不利影響。所以，有必要對齒輪故障進行分析，并能理論聯系實際，通過實際案例來尋求解決方法，從而做到故障出現時能及時解決并予以防范。

2.機械設備中齒輪常見故障分析

齒輪在機械設備中有個重要作用，這就是它能傳遞運動，而且能控制運動方向，影響運動速度。而為更好地調控齒輪運轉速度，就需要齒輪減速機裝置的安裝。我們知道，與齒輪減速機有關的幾個主要頻率為軸頻、齒輪的嚙合頻率、軸承的內外圈、滾動體、保持架的頻率，它們與“諧頻”、“邊頻”相結合，成為對齒輪減速機故障判定的依據。同時，與齒輪減速機有密切關系的是齒輪振動，且通過齒輪振動是判斷齒輪故障的一個重要方式。因此，筆者將重點針對齒輪減速與齒輪振動的有關故障開展具體探討[1]。

2.1齒輪振動發生故障的一個重要原因是齒輪在生產與安裝中存在失誤。生產齒輪是齒輪得以發揮自身作用的首要條件，而生產制作中的微小誤差就能導致齒輪的嚙合精度降低，從而帶來齒輪的振動和噪聲增大，這些問題的出現無疑會提高齒輪的故障率[2]。因而，我們的相關機械使用單位應對齒輪的生產源與齒輪安裝予以極大關注。

2.2齒輪振動出現故障的另一個原因是與齒輪的工作環境適宜度有關。因不同的工作環境在空氣濕度、空氣質量、溫度等方面都存在差異。而齒輪作為現代化機械，其對工作環境有一定要求。因齒輪在嚙合過程中，齒與齒連續沖擊使齒輪產生受迫振動，如果此時其工作環境存在高濕度或其他不利影響，就會對齒輪的正常振動帶來不利影響。為減少此種不必要的失誤，我們的機械使用單位就應提前做好齒輪工作環境的凈化工作。

2.3齒輪運行過程中存在因所使用到的潤滑劑質量不達標而導致齒輪故障的現象。齒輪的運轉少不了潤滑劑的調節，有些單位為減少經濟成本投入而使用不夠清潔的潤滑劑，或者使用的潤滑劑不足，這些情況無疑會使齒輪的齒面磨粒磨損。發展到較嚴重程度會致使齒輪齒面剝落、拉傷，齒輪如果持續轉動就會產生明顯的沖擊現象[3]。若不及時采取措施補救則最終會帶來齒輪斷裂的后果。那么，機械使用單位就應該購買合格的潤滑劑，并且要加強相關制度建設，以約束齒輪設備管理人員的行為，確保齒輪的高效運轉。

2.4齒輪出現故障的一個重要原因是齒輪的齒面易發生點蝕、崩齒現象。齒輪在嚙合過程中，若齒輪有較大磨損，或齒輪間隙增大時都會產生嚙合振動，振動頻率為齒輪嚙合頻率。在此時，若還出現運行過程中載荷過重，齒輪就容易彎曲疲勞，以致崩齒乃至斷齒。而斷齒的點蝕是齒輪故障的重要形式。此種故障的出現都會影響機械的整體運行效率。我們的相關單位要想減少這種問題的出現就務必要合理操作齒輪設備，相關工作者也應較為了解齒輪的工作原理，從而做到科學利用齒輪設備。

2.5在常見的齒輪故障中還存在因齒輪運動不協調而帶來的齒輪振動故障的問題。若齒輪具有不平衡質量，或者齒輪存在偏心現象，則齒輪在轉動過程中會造成齒輪副的不穩定運行。于是，在該不平衡力矩的影響下，就易產生以調頻為主，調幅為輔的振動，這將在嚙合頻率及其諧波兩側產生“邊頻帶”。受不平衡力的激勵，齒輪軸的旋轉頻率及其諧波的能量也有相應的增加，因此這也會使齒輪齒根出現裂紋。在這種情形下，齒輪運行方生故障是難以避免的。所以，在日常機械的齒輪設備保養時，保養人員應特別注意齒輪細節部分的檢查。

3.機械設備中齒輪故障的一個實例

假如我們以混合機的相關實際情況為例，工作人員在二次圓筒混合機的齒輪減速機的運行過程中通過點檢發現其振動噪聲較大，然后我們的工作者用測振儀測量一段軸的垂直振動值，測得值為7.95mm/s。這時發現齒輪減速機存在較大隱患，那么就需要工作者及時做出診斷和制定處理方案。我們知道，齒輪的振動是兩齒輪嚙合過程中帶來的，該振動的頻率也因此叫嚙合頻率。為順利解決這一故障，就需要借助一系列尖端儀器，通過儀器的測量、計算來獲得一些數據。借助儀器，我們解決此種問題就較為容易了。而真正的問題是工作者能否在齒輪設備運轉過程中及時發現問題并能做出有效反應。

4.結束語

機械無疑為這個時代帶來了無限生產力，在機械日益尖端化、自動化、高效化的發展狀態下；齒輪設備作為眾多機械中的一個至關重要的部件，對它的故障及故障解決方法予以關注不僅能有助于齒輪設備的長久穩定運轉，且對整體上減少機械故障發生頻率等有極大作用。上文對機械故障中的齒輪故障分析得并不全面，所舉出的一個實例也不夠具有代表性。因此，為有效做好齒輪故障的探究工作還需要相關工作者的共同努力，相信在大家的一起探索下，處理好機械故障中齒輪故障的工作將近在咫尺。

5.參考文獻

[1] 李輝,鄭海起,唐力偉.基于改進形態分量分析的齒輪箱軸承多故障診斷研究[J]. 振動與沖擊. 2012(12)

[2] 章立軍,徐金梧,陽建宏,楊德斌.自適應多尺度形態學分析及其在軸承故障診斷中的應用[J]. 北京科技大學學報. 2008(04)

[3] 徐敏等主編,中國振動工程學會故障診斷委員會,中國機械工程學會設備維修委員會[編].設備故障診斷手冊[M]. 西安交通大學出版社, 1998