幾個(gè)月前，我被要求幫助診斷與造紙業(yè)有關(guān)的大型工廠中的可疑變速箱問題。有問題的變速箱有一個(gè)帶有23齒小齒輪的輸入軸，驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶有132個(gè)齒的大齒輪，這又可以驅(qū)動(dòng)另一個(gè)相同尺寸的大齒輪。兩個(gè)齒輪連接到直徑約24英寸的大鋼輥。兩個(gè)輸出齒輪轉(zhuǎn)速為52 rpm，小齒輪轉(zhuǎn)速為302 rpm(見圖1)。

　　圖1。

　　定期對(duì)齒輪箱中的潤滑油進(jìn)行分析，***后的報(bào)告指出油中含有鐵顆粒。維護(hù)主管詢問我們是否可以確定油污染的來源，我們做的***件事就是檢查軸承附近測(cè)得的振動(dòng)頻譜。光譜看起來很正常，沒有軸承色調(diào)的跡象，因此我們懷疑金屬來自一個(gè)或多個(gè)齒輪(見圖2)。然后問題是識(shí)別故障齒輪(如果有的話)，以便能夠毫不拖延地進(jìn)行維護(hù)工作。

　　圖2。

　　時(shí)域信號(hào)的同步平均已經(jīng)存在了很長時(shí)間，但在我看來，還沒有被用于機(jī)器問題診斷。無論如何，我們決定對(duì)變速箱振動(dòng)特征進(jìn)行同步平均。這涉及在振動(dòng)分析儀中使用轉(zhuǎn)速計(jì)衍生的同步觸發(fā)器來收集一起平均的一系列波形樣本。其中重要的部分是每個(gè)時(shí)間記錄的開始必須在所討論的齒輪的旋轉(zhuǎn)中完全同時(shí)發(fā)生。

　　這允許來自齒輪的整個(gè)振動(dòng)信號(hào)在時(shí)域平均中被強(qiáng)調(diào)，并且來自其他齒輪的所有振動(dòng)分量，軸轉(zhuǎn)速和軸承音調(diào)等被平均。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間波形，顯示齒輪上的各個(gè)齒，其中來自機(jī)器的其他部件的污染非常小。在進(jìn)行同步平均時(shí)，分析儀的分析參數(shù)會(huì)進(jìn)行調(diào)整，因此時(shí)間記錄長度比齒輪上的一次旋轉(zhuǎn)多一點(diǎn)時(shí)間。這很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闀r(shí)間記錄長度(T)是頻譜中FFT線間距(DF)的倒數(shù)。這只是選擇頻率跨度和線數(shù)的問題，因此1 / DF長于1除以齒輪速度(赫茲)(Hz)。當(dāng)然，

　　使用同步平均時(shí)，使用的平均數(shù)必須非常大; 通常在100左右。對(duì)于此處描述的測(cè)試，我們使用了90個(gè)平均值。(有關(guān)設(shè)置詳細(xì)信息，請(qǐng)參見圖3)。

　　圖3。

　　在許多同步平均的情況下，時(shí)間記錄比頻譜更有趣，因?yàn)轭l譜不包含時(shí)間信息，并且時(shí)域顯示齒輪嚙合中的任何不規(guī)則性。在這種情況下，所有光譜都不顯著，只顯示齒輪嚙合頻率和一些諧波。

　　當(dāng)我們對(duì)兩個(gè)大齒輪中的每一個(gè)進(jìn)行同步平均時(shí)，沒有跡象表明波形有任何缺陷。但是，當(dāng)我們對(duì)小齒輪進(jìn)行相同的測(cè)試時(shí)，波形告訴另一個(gè)故事。齒輪上有一個(gè)明顯的區(qū)域，與大齒輪的嚙合是非常嘈雜和不均勻的(見圖4)。

　　圖4。

　　在查看這些數(shù)據(jù)時(shí)，我們要求對(duì)齒輪進(jìn)行檢查，但是維修主管對(duì)此持懷疑態(tài)度，稱齒輪箱的振動(dòng)更大，這個(gè)齒輪箱已經(jīng)運(yùn)行了20年而沒有任何問題。但我們堅(jiān)持，***后一個(gè)檢修板被拆除，所以我們可以看看齒輪。我們發(fā)現(xiàn)小齒輪軸中的鍵槽磨損嚴(yán)重，使得齒輪可以在軸上來回旋轉(zhuǎn)齒輪邊緣約一半的齒。軸和小齒輪的孔之間也有明顯的間隙。大齒輪沒有任何損壞跡象。

　　我們打電話給變速箱工廠的一位工程師并描述了這種情況。他說，當(dāng)小齒輪和軸之間的過盈配合太松時(shí)，安裝過程中出現(xiàn)問題。他說軸和小齒輪必須更換，并且很快就會(huì)避免災(zāi)難性故障。這使得信徒們從***初認(rèn)為變速箱無需大修的維修人員中脫穎而出。從那時(shí)起，該工廠的振動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃受到越來越多的歡迎和尊重。

　　如前所述，同步平均不是一種新技術(shù)，但似乎很少在工業(yè)中使用。這不是一件困難的事情，并且可能導(dǎo)致關(guān)于幾乎不可能以任何其他方式獲得的機(jī)器的信息。此外，市場(chǎng)上有許多分析儀可以做到這一點(diǎn)，從小型電池供電單元到大型主電源系統(tǒng)。

　　下面的小齒輪照片說明了損壞情況：

　　圖5.該照片顯示了齒輪在軸上來回轉(zhuǎn)動(dòng)引起的小齒輪孔剝落。

　　圖6.該照片顯示了齒輪齒側(cè)的磨損磨損。

　　圖7.這張照片是受損牙齒邊緣的特寫鏡頭。注意接觸區(qū)域末端的鐓粗金屬。