某型齿轮箱试验件振动幅值异常波动故障探讨

李宝刚

摘要：齿轮箱在试验过程很容易出现振动状况，一旦振动状况较为严重产生异常波动，必然会对试验结果造成直接影响，不利于齿轮箱试验件的最終质量。基于此，本文以某型齿轮箱试验件为基础，先行针对齿轮箱试验件的振动幅值异常波动故障展开深入分析，继而针对故障详情进行全方面检查，继而指明某型齿轮箱试验件振动幅值异常波动故障的改进措施。

关键词：齿轮箱;振动幅值;异常波动故障

前言：齿轮传动在航空发动机中起着重要的作用。在导致发动机在飞行中停机的故障中，齿轮传动系统故障占很大比例。通常情况下，加速度传感器只能安装在箱体表面来测量振动信号。由于振动信号不是直接在被监测齿轮上测量的，它受到设备其他部位的传动路径和振动的影响，往往含有大量的噪声，甚至抑制有用的故障信息。因此，提高关键传动齿轮箱的质量和可靠性对提高航空发动机的质量和可靠性具有重要的作用。

一、故障分析

1.振动情况分析

在载荷试验安装条件未完成，且在零件及目视检查结果未出现异常的特殊情况下，需要对齿轮箱振动数据进行振动分析，而在不需要拆卸相关试验PCS/套的情况下，也可以通过观察收集到的已安装部件相关测试的工作状态数据进行分析确定，对原零件进行故障分析和准确定位，并准确确定零件是否需要返回工厂进行拆卸。通过检查后的负载工况振动历史数据可以发现，在负载测试运行期间开始的荷载传递频率测试工作负载的振动稳定性状况良好，工作负载20 h开始后不会出现较大的波动频率高，且仍有显著幅值较大的襟翼，持续载荷试验时也会出现载荷传递频率为两倍和波动频率较大的两倍，并且在某些特殊情况下，在这种情况下，在振动状态下，荷载传递频率的第二频率倍频远大于或大于其他倍频分量也会发生。点频故障发生当日高频振动信号频率与其他频率加倍数载荷振动信号对比明显增加，分布负荷运行在运行过程中中心各工况的振动和偶尔出现的高频和大振幅振动，虽然没有明显的周期性振动，但通过快速调整振动状态可以很快恢复平衡稳定后。

2.安装状态分析

主机轴承系统正常运行后，及时跟踪并校核对中张力。结果发现，输入机一侧主轴高度的水平倾斜方向和垂直倾斜方向存在明显的较大偏差。进给轴两端水平倾斜方向偏差0.094mm，垂直倾斜方向偏差0.324mm。一个输出轴两端高度水平方向偏差0.121mm，垂直方向偏差0.023mm。同日，发现异常径向输出数量被发现漂浮在人机轴轴承的连接能力测试当天，和长度的垂直输出浮动量在主轴端输入机器是0.40毫米的百分比衡量仪器时，明显大于钢轴承底座安装螺栓间隙0～0.043mm。扳手检查输入轴的输出同侧浮膜和底盘浮联轴器螺栓的安装情况，当使用手扳手检查时发现在输入输出膜和底盘的一侧有4个以上的饺子浮动联轴器螺栓，而在紧固时螺栓通过的拉力和扭矩明显不足（已变得松动），机壳和轴承座之间几乎没有松动紧密性。当天拆下轴承端盖，检查安装太阳轮两端的轴承端盖和轴承两侧的压盘部件。确认轴承部件的相对紧度位置正常，压板上的螺栓和防紧标记完好。

3.故障分析

异常振动波动试样的峰值事件，可直接分解和确认为异常振动体的两个附带测试齿轮箱驱动身体的异常振动的测试，和身体的振动故障的测试该齿轮箱。由于试验部分结构简单，可由齿轮零件驱动。传动轴承零件、齿轮箱等紧固件有分类。故障发生时检验员正在检测齿轮箱本体的异常振动，齿轮箱上的三通加速度振动传感器的振动检测数据没有异常。可直接判断齿轮振动是否来自试件上的齿轮箱。如果齿轮振动分别从两个齿面，因为牙齿是相互的两轮，两个都两个齿面齿轮啮齿动物凝集重复一个单词的振动周期毫秒级别超过十分钟，振幅值的变化也可以响应的周期性，但发现齿轮振动的测试数据点和时间间隔的蜱虫小时毫秒级，与测试齿轮表面振动动态状态之间几乎没有关系，和视觉检查通过观察窗显然没有找到任何破碎的牙齿或胶水放松现象在盒子上牙齿表面。如果振动是由于内螺柱螺钉拉丝螺栓松动或中间部分表面螺柱螺钉振动状态引起的现象，则认为是振动频率不断增加的状态，并对增加频率的振动响应应因传递频率多倍频或倍频而振动，与不完全匹配的异常振动现象，并通过对安装部件的检查完全排除了转角螺栓松动的可能性。

二、故障检查

经过多次测试的齿轮箱轴承拆拆卸检查，可以得知输入轴和输出轴齿轮和轴两边的齿轮轴的表面和滚子轴承外圈表面的滚柱轴承间隙配合之前一切正常，但输入二圆柱齿轮和轴齿花键侧端锁紧前滚子齿轮轴承内圈仍松动，过盈配合仍失效，轴向外圈有较大间隙，配合间隙底部有一层暗红色的白色油泥，进一步了解拆卸检查由于在齿轮和轴的输入过程中可以发现齿轮花键侧缸锁紧螺母轴承轴在拆卸时的瞬间微小，输出轴侧两列锥度滚子齿轮和轴承内圈前虽然有一定的径向滑动同时输入两个轴都是轻微的。根据以上拆卸检查的分析，可以看到滚子齿轮轴的内圈和外圈按相对径向移动，干涉被轴承完全磨掉，导致在滚子轴承和齿轮轴之前的外圈有较大的相对径向滑动间隙。轴承外圈安装的密封段在相对方向上无明显的运动现象痕迹，而用于压缩滚子轴承的内圈密封段沿轴承圆周的相对方向基本无滑动现象痕迹。可以推断出内圈的相对滑动不是一次性滑动，但通过逐步下滑，也就是说，可以解释为什么它的容量会增加随机突然加速振动和降低振动的振动速度的能力可以让它回到稳定，直到最后一个和轴承的内圈松动，到达完全停止仍然不能完全消除振动。

三、改进措施

在齿轮箱试验件振动幅值异常波动故障中，内环滑脱是齿轮箱失效的主要原因。根据装配记录表，装配处的干涉量约为0.01mm，符合设计要求。发现分解检查轴承内圈轴承和轴之间的内圈端面有明显的圆周磨痕的脸，并配合齿轮和齿轮轴轴封部分盈余合作，没有圆周运动的痕迹，和端面压紧螺母锁紧垫圈没有故障出现压缩力下降，可以推断出，锁紧螺丝，有多个传输路径上的干涉配合结构母公司的轴向压缩力，轴向压缩驱动力并不是完全转移到滚柱轴承的内圈，否则会有很大的轴向压缩驱动力的损失。在今后的轴承设计中，在轴承内圈压缩力不传递的路径上，应尽可能采用多过渡过盈配合或小轴承间隙过盈配合结构，以保证轴承内圈的过盈压实。另一方面，由于轴承加工精度的限制，如轴承圆柱度和其他因素，的滚子轴承内圈和轴的齿轮轴不是完全相互接触，导致进一步显著减少的面积过盈配合接触点。通过对有限元的分析和检查，可以看到在正常情况下，当干涉接触点面积显著减小时，轴承内圈接触面反力迅速减小。为了有效避免轴承加工过程中由于精度低而引起的滚子轴承内圈松动，还需要仔细考虑在本次设计中是否使用带防松旋转垫片装置的内圈滑脱锁紧轴承。

试验过程中齿轮箱试验部件的振动幅值波动和分解检验结果，对这一现象进行了简要分析。任何旋转零件都存在残余不平衡，只是其尺寸和方向角度不同。在本文中，动力涡轴齿轮箱试件和1号轴承前密封圈总成存在残余不平衡。动力透平轴是不平衡矢量和零件的总不平衡量，当齿轮箱试验件形状良好时，密封延环部件与动力透平轴无相对滑动，动力透平轴向不稳定的平衡关系和矢量为一定幅值变化，针对机械动力涡轮轴类零件的测量节点是转子转速的基频幅稳定度。所以当机械动力透平系轴与轴密封件之间关闭延环滑动时，相对径向滑动由于两个矢量之间的径向夹角的变化，矢量也随之变化，因此轴的不稳定平衡和矢量之间的关系作为整个机械动力涡轮轴和轴封关闭的延环滑动部件相对径向滑动并产生相应的变化，所以故障主要发生在齿轮箱的前端，和齿轮箱的测试前套管相对径向涡轮转子不平衡振动的角度是一致的，所以齿轮箱的使用测试片的前端相对径向滑动测量节点的机械动力涡轮机轴转子基频幅值不稳定，振幅周期变化的周期称为齿轮轴和轴的闭紧环滑动部件的相对径向滑动周期。

结束语：总而言之，试件的振动表现为比频率大一倍的频率和快速波动，1 h左右的幅值出现过一次异常，而速度、扭矩、温度、压力等慢变量数据未出现明显异常。通过完善的振动分析，找出了故障产生的原因。振动监测和振动数据诊断在试验安全和试验状态分析中起着重要作用，可以提前避免更严重的故障现象。在设计阶段，需要考虑更多的故障可能性，并有针对性地改进设计。

参考文献

[1]覃琨，冯金，吕作鹏，黄晓华，刘晓凡.某型齿轮箱试验件振动幅值异常波动故障研究[J].机械工程师，2019，000（008）：162-164.

[2]姚文，丁康.定轴齿轮箱故障振动特性仿真及实验研究[J].重庆理工大学学报：自然科学，2020，34（7）：114-121.

[3]卢小武，吴沛沛，郑长江，陈松.某型齿轮箱试验过程中输入轴前后轴承温差大原因分析及改进措施[J].工程机械，2019，050（012）：83-89.

[4]马会防，黄巍，虞磊，余学冉，曹艺.某型航空发动机试验件的异常振动分析[J].振动、测试与诊断，2019，039（006）：1259-1263.

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