齿轮箱中滚动轴承的故障诊断及分析

王涛

摘 要： 机械的运转需要多个零部件与系统的支持，滚动轴承在其中承担的作用非同小可，直接关系机械能否正常运转。本文通过对齿轮箱中滚动轴承的故障诊断及分析，希望可以起到一定借鉴意义。

关键词： 滚动;轴承;故障

【中图分类号】TH165.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）03-0129-01

前言：旋转机械顾名思义需要旋转的机械，在这类机械中齿轮箱中滚动轴承发生故障的概率比较高，约占旋转机械全部故障的30.5%。所以，科学诊断齿轮箱中滚动轴承故障，分析其故障具体情况，对滚动轴承故障预防与处理意义重大。

1 滚动轴承的故障诊断方法分析

当前滚动轴承故障诊断方法有很多，一般常用的有排列熵诊断、混沌系统诊断、振动检测诊断等方式。其中，排列熵诊断方式在现实应用中往往与其他方式结合应用，例如K-ELM结合排列熵方式，可以优化模型提升模型诊断精准度[1]。本文接下来采用振动检测诊断方式对齿轮箱中滚动轴承的故障进行诊断及分析。振动检测方式主要通过提取转动轴承的相关振动频率等频谱与参数，运用先进的信号处理技术与数据处理技术，进而对滚动轴承出现故障部位与故障情况进行分析，为之后故障处理提供依据。

2 齿轮箱中滚动轴承故障诊断难点分析

2.1 频谱故障特征分析难度大

利用振动检测方式对齿轮箱中滚动轴承故障诊断时，依靠频谱对故障特征分析相对难度大。造成频谱分析难度大原因有三：一，齿轮箱内部环境复杂。齿轮箱内部除了滚动轴承之外，还有很多其他零部件，这些零部件与轴承相互交织大大增加了齿轮箱内部环境的复杂性。而这种复杂性为频谱带来了一定干扰，增加了从中精准挑选滚动轴承频谱难度;二，信号传递过程中会出现减弱。采用振动检测方式对滚动轴承进行诊断时，需要对相应信号进行发射与收集，所以整个信号流经的程序比较长。信号的传输过程中难免出现减弱的情况，使得诊断不可能做到百分百精准;三，信号被其他信号掩盖。在诊断中需要对齿轮箱发射信号，这些信号遇到齿轮箱中零部件之后反馈回传，其他齿轮的反馈要明显于故障反馈，进而对故障反馈造成一定掩盖，提升了频谱筛选难度。

2.2 滚动轴承转速确定难

齿轮箱由众多零部件构成，其中齿轮的大小各不相同，因此齿轮的转速也不相同，而转速会影响对齿轮中间滚动轴承故障诊断的精准度。大多数产商只会标明齿轮总转速比、齿轮尺寸等参数，并没有提供每一级齿轮的具体转速情况，给滚动轴承故障诊断带来不小難度[2]。因为，不同转速情况下轴承的频谱特征是不相同的，故想准确判断具体故障情况，就不得不对转速进行研究。

3 滚动轴承故障诊断实例

3.1 轴承故障诊断实例概况

齿轮箱型号为标准齿轮箱（FLENDER）H2SH04B，齿轮的总转比1633.45 / 192.5=8.48。自2019年11月29日开始发现其出现提速情况。至2019年12月1日出现噪声，对生产的产品质量造成十分不利影响。于是12月2日不得不对其进行全方位故障诊断，以求尽快消除影响，确保正常生产。在诊断中采用振动检测—SKF技术，利用相关软件（Version3.1.2版本）对频谱等诊断图进行分析，之后结合结果对齿轮箱内滚动轴承故障进行诊断分析与处理。在诊断中主要对振动三根轴上的轴承所在位置进行垂直、轴向、水平等检测。检测诊断之后对数据进行记录与分析。

3.2 振动检测诊断结果

振动检测诊断结果比对H2SH04B齿轮箱轴承故障具体特征频率数，具体数据如下（其中f1f2f3表示所在轴的频率）：输入轴承型号 33110，轴承外圈9.649Hzf1，轴承内圈12.350Hzf1，滚动体33.871Hzf1，保持架0.439Hzf1;中间轴承型号 32309B，轴承外圈7.182Hzf2，轴承内圈9.817Hzf2，滚动体2.9571Hzf2，保持架0.423Hzf2;输出轴承型号一30217，轴承外圈8.571Hzf3，轴承内圈11.428Hzf3，滚动体3.301Hzf3，保持架0.429Hzf3;输入轴承型号二30215，轴承外圈9.058Hzf3，轴承内圈11.941Hzf3，滚动体3.432Hzf3，保持架0.433Hzf3。

根据齿轮结构数据，计算出转速为1527.51r/min，之后输入f125.47Hz。得出加速度包络频谱发现其表现很高，高于正常值31.5gE（包络单位），在频谱中还表现出明显谐波异常数值达到249.32Hz。之后将谐波异常值249.32Hz与输入f125.47Hz轴频率做商，得出特征频率为9.789与上述故障系数十分相近。

并结合以往停机检查样频谱中249.2HZ的频率在中间轴上将表现为：249.2HZ=39.88X6.25Hz，根据上述诊断结果之后将33110轴承数据进行比对，得出的外圈故障频率与故障特征频率十分相近。结合诊断数据，诊断轴承故障为齿轮箱中33110轴承外圈损伤。2019年12月3日更换轴承，发现33110轴承外圈有明显的滚子磨损。2019年12月8日对齿轮箱进行复查，现场无噪声，机械运行正常。

3.3 滚动轴承诊断建议

结合诊断经验，得出滚动轴承诊断中需要注意以下几点：一，采用振动检测诊断方式对故障进行诊断时，尽可能在每一个传动轴承上进行检测，避免齿轮箱对检测结果造成的不利影响;二，滚动轴承检测中注重各部分全面检测，从垂直、水平、轴向等方面全面建立监测点，进一步确保检测准确度;三，选择合适的测量范围。在振动频率选择上要贴合具体齿轮箱的情况，确保检测的准确性;四，注重检测经验积累。日常注重轴承故障诊断经验积累，及时记录不同故障表现的症状，方便下次检验时准确做出预判[3]。

结束语：综上所述，齿轮箱中滚动轴承的故障诊断及分析方式有很多种，相关齿轮箱滚动轴承故障诊断人员，可以根据机械的具体情况适当选择诊断方式，提升故障诊断准确性。本文研究有限，还需要更多研究者加入研究之中，共同为技术进步与推广贡献力量。

参考文献

[1] 秦波，孙国栋，陈帅，et al.排列熵与核极限学习机在滚动轴承故障诊断中的应用[J].组合机床与自动化加工技术，2017（2）：73-76.

[2] 李国正，谭南林，苏树强，et al.混沌同步系统降噪方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J].北京理工大学学报，2019（7）：669-675.

[3] 戴晓超，王兴宇，王泽飞，et al.高速齿轮箱圆锥滚子轴承滚道接触损伤机理分析[J].机车电传动，2018（3）：62-65.