1、齿轮箱结构原理及故障分析齿轮箱结构原理及故障分析海南金海浆纸业有限公司扩建中心SAP/PdM处-符永富齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂序序 齿轮箱是一种动力传达机构，它可将电动机的转数转换到所要的转数，并能改变转矩。在目前用于传递动力与运动的机构中，齿轮箱的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机械，机械工业所用的加工机器及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到齿轮箱的应用。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分
2、析知识交流课堂内容内容了解轴承和齿轮的润滑学习齿轮箱的基本参数测定方法了解齿轮箱中零件的装配关系及安装、调整过程了解齿轮箱各组成零件的结构及功用，并分析其结构工艺性了解齿轮箱的功能、类别及特点 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂 一、齿轮箱的基本知识一、齿轮箱的基本知识1、定义：、定义：齿轮箱，又名变速箱，是一种动力传达机构，通过不同齿数的齿轮啮合，将马达的转数转换到执行设备需要的转数，并能改变转矩的机构。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂2、作用：、作用：a、加速减速加速减速,就是常说的变速齿轮箱。b、改变传动方向改变传动方向，例如我们用两
3、个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴。c、改变转动力矩改变转动力矩。同等功率条件下，速度转的越快的齿轮,轴所受的力矩越小，反之越大。d、离合功能离合功能：我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮,达到把发动机与负载分开的目的。比如刹车离合器等。e、分配动力分配动力。例如我们可以用一台发动机，通过齿轮箱主轴带动多个从轴，从而实现一台发动机带动多个负载的功能。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮齿轮箱 蜗杆齿轮箱 行星齿轮箱圆柱齿轮齿轮箱圆锥齿轮齿轮箱圆锥圆柱齿轮齿轮箱圆柱蜗杆齿轮箱圆弧齿蜗杆齿轮箱锥蜗杆齿轮箱蜗杆齿轮齿轮箱渐开线行星齿轮齿轮箱摆线齿轮齿轮箱谐波齿轮齿轮箱3 3、齿轮箱
4、分类、齿轮箱分类：a、按齿轮形状分类齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂b、按变速次数分类齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂4、特点：、特点：a、齿轮箱采用通用设计方案，可按客户需求变型为行业专用的齿轮箱。b、实现平行轴、直交轴、立式、卧式通用箱体，零部件种类减少，规格型号增加。c、采用吸音箱体结构、较大的箱体表面积和大风扇、圆柱齿轮和螺旋锥齿轮
5、均采用先进的磨齿工艺，使整机的温升、噪声降低、运转的可靠性得到提高，传递功率增大。d、输入方式：电机联接法兰、轴输入。e、输出方式：带平键的实心轴、带平键的空心轴、胀紧盘联结的空心轴、花键联结的空心轴、花键联结的实心轴和法兰联结的实心轴。f、齿轮箱安装方式：卧式、立式、摆动底座式、扭力臂式。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂下图齿轮系中Z1=20，Z2=40，Z3=20，Z4=60，传动比i145、传动比：、传动比：齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂 二、组成结构及工作原理二、组成结构及工作原理齿轮箱的结构随其类型和要求不同
6、而异，其基本结构由箱体、轴系零件和附件三部分组成。1箱体结构v 齿轮箱的箱体用来支承和固定轴系零件，应保证传动件轴线相互位置的正确性，因而轴孔必须精确加工。箱体必须具有足够的强度和刚度，以免引起沿齿轮齿宽上载荷分布不匀。为了增加箱体的刚度，通常在箱体上制出筋板。v 为了便于轴系零件的安装和拆卸，箱体通常制成削分式。剖分面一般取在轴线所在的水平面内（即水平剖分），以便于加工。箱盖和箱座之间用螺栓联接成一整体，为了使轴承座旁的联接螺栓尽量靠近轴承座孔，并增加轴承支座的刚性，应在轴承座旁制出凸台。设计螺栓孔位置时，应注意留出扳手空间。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂水平剖分齿轮箱结构及
7、原理 PdM-振动分析知识交流课堂组装透视图组装透视图齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂一级圆柱齿轮齿轮箱一级圆柱齿轮齿轮箱齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂2轴系零件轴系零件v 图中高速级的小齿轮直径和轴的直径相差不大，将小齿轮与轴制成一体。大齿轮与轴分开制造，用普通平键作周向固定。轴上零件用轴肩，轴，封油环与轴承端盖作轴向固定。两轴均采用角接触轴承作支承，承受径向载荷和轴向载荷的联合作用。轴承端盖与箱体座孔外端面之间垫有调整垫片组，以调整轴承游隙，保证轴承正常工作。v 该齿轮箱中的齿轮传动采用油池浸油润滑，大轮齿的轮齿浸入油池中，靠它把润滑油带到啮合处进行润滑。滚动
8、轴承采用润滑脂润滑，为了防止箱体内的润滑油进入轴承，应在轴承和齿轮之间设置封油环。轴伸出的轴承端盖孔内装有密封元件，对防止箱内润滑油泄漏以及外界灰尘、异物浸入箱体，具有良好的密封效果。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂3.齿轮箱附件齿轮箱附件（1）观察孔盖板：为了检查传动零件的啮合情况，并向箱体内加注润滑油，在箱盖的适当位置设置一观察孔，观察孔多为长方形，观察孔盖板平时用螺钉固定在箱盖上，盖板下垫有有纸质密封垫片以防漏油。（2）通气器：通气器用来沟通箱体内、外的气流，箱体内的气压不会因齿轮箱运转时的油温升高而增大，从而提高了箱体分箱面、轴伸端缝隙处的密封性能，通气器多装在箱盖顶部或
9、观察孔盖上，以便箱内的膨胀气体自由溢出。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂（3）油面指示器 为了检查箱体内的油面高度，及时补充润滑油，应在油箱便于观察和油面稳定的部位，装设油面指示器。油面指示器分油标和油尺两类，图中采用的是油尺。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂（4）放油螺塞：换油时，为了排放污油和清洗剂，应在箱体底部、油池最低位置开设放油孔，平时放油孔用油螺塞旋紧，放油螺塞和箱体结合面之间应加防漏垫圈。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂（5）起吊装置：为了便于搬运，需在箱体上设置起吊装置。图中箱盖上铸有两个吊
10、耳，用于起吊箱盖。箱座上铸有两个吊钩，用于吊运整台齿轮箱。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂三、三、齿轮箱中零件的装配关系一、拆卸过程分解一、拆卸过程分解1.齿轮箱结构总览2.拆去轴承端盖3.移去联接螺栓4.移去上盖5.拆去上盖部装6.观察齿轮啮合旋转7.拆去各轴8.拆卸输入轴部装9.拆卸中间轴部装10.拆卸输出轴部装11.拆卸底座部装二、装配过程分解二、装配过程分解1.装配底座部装2.装配输出轴部装3.装配中间轴部装4.装配输入轴部装5.安装各轴6.观察齿轮啮合旋转7.安装上盖部装8.安装上盖9.安装联接螺栓10.安装轴承端盖齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂组装录像
11、齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱损纸槽搅拌器齿轮箱制造商:FLENDE型号:H1 SH 7A图档型号说明齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱复卷机械手齿轮箱制造商:MOVENTAS型号:K97559齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱卷取后，纸卷经过行走臂传送过来后，棍子再联接齿轮箱进行工作。制造商:FLENDER型号:K1N7图档齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱0M层涂料
12、站齿轮马达制造商:SEW型号:R147DV280S4/TF图档齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱磨浆机齿轮箱制造商:FLENDER型号:H1 SH 15A图档齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱送料机齿轮马达制造商:SEW限位开关齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱送料机齿轮马达制造商:SEW齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱浆容器搅拌器齿轮箱制造商:FLENDER型号:B2
13、PV 14齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂JH-PM2使用的部分齿轮箱使用的部分齿轮箱真空泵齿轮箱制造商:FLENDER型号:H2 SH 11A齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂四、齿轮箱常见故障四、齿轮箱常见故障 由于制造误差、装配不当或在不适当的条件（如载荷、润滑等）下使用，常会发生损伤等故障，常见有四类：（1 1）齿的断裂）齿的断裂 有疲劳断裂和过负荷断裂两种 疲劳断裂：通常先从受力侧齿根产生龟裂、逐渐向 齿端发展而致折断;过负荷断裂：由于转速急剧变化、轴系共振、轴承破损、轴弯曲等原因，使齿轮产生不正常的一端接触，载荷集中到齿面一端引起.齿轮箱结构及原理 PdM
14、-振动分析知识交流课堂（2）齿的磨损）齿的磨损 由于金属微粒、污物、尘埃和沙粒等进入齿轮而导致材料磨损、齿面局部熔焊随之又撕裂的现象（3）齿面疲劳）齿面疲劳 由于齿面接触应力超过材料允许的疲劳极限。表面层先产生细微裂纹，然后小块剥落，直至整个齿断裂（4）齿面塑性变形）齿面塑性变形 如压碎、趋皱齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱失效原因及失效比重失效原因失效比重(%)齿轮箱缺陷设计1240装配9制造8材料7修理4运行缺陷维护2443操作19相邻部件(电动机、联轴器等)缺陷17齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱的失效零件及失效比重失 效 零 件失 效 比 重（%
15、）齿 轮60轴 承19轴10箱 体7紧 固 件3油 封1齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂轮齿损伤形式类别项目形式原因齿面损伤齿面磨损正常磨损、磨粒磨损、干涉磨损、刮伤、槽痕啮合初期、异物侵入、参数设计不合理、安装误差润滑不良等粘着撕伤局部压力过高、法向压力较大、滑动速度过高等齿面疲劳早期点蚀、扩展性点蚀、剥落齿面局部凸起、接触应力过高、内应力过大等齿面塑性变形压痕、碾击塑变、波纹、隆起异物混入、过载、啮合不良、润滑不充分等烧 伤局部温度过高轮齿折断轮齿裂纹屑料毛坯裂纹、硬化处理裂纹、磨削型裂纹疲劳裂纹材料、毛坯和热处理缺陷交变应力的作用等齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流
16、课堂类别项目形式原因轮齿折断过载折断严重超载疲劳折断各种因素产生的疲劳裂纹、变应力作用等组合损伤腐蚀磨损化学腐蚀磨损、激振腐蚀磨损润滑油中含杂质、齿面间压力过高、存在微振等轮齿塑性变形润滑失常严重磨损断齿存在磨损、点蚀、剥落等各种损伤气 蚀瞬时冲击力、局部高温电 蚀存在漏电流轮齿损伤形式齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮装置故障检测参数的有效性部位故障大类损伤名称振动噪声扭矩油液温度光学齿轮轮齿断裂超载断裂疲劳断裂冲击断裂磨损磨料磨损 刮痕腐蚀磨损 侵蚀 剥落 塑性变形波痕碾击变形锤击变形齿面疲劳凹痕凹孔压伤五、齿轮箱的故障分析五、齿轮箱的故障分析齿轮箱结构及原理 PdM-振动
17、分析知识交流课堂部位故障大类损伤名称振动噪声扭矩油液温度光学齿轮轮齿烧伤烧伤组合损伤咬人异物 气蚀 电蚀 旋转机构不平衡不对中松动润滑系统温度升高严重漏油油质劣化注：最有效 尚有效 有可能 不适用齿轮装置故障检测参数的有效性齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂 2 2、齿轮箱故障的特征频率与边频带、齿轮箱故障的特征频率与边频带 在生产条件下很难直接检测某一个齿轮的故障信号，一般是在轴承箱体有关部位测量。当齿轮旋转时，无论齿轮发生了异常与否，齿的啮合都会发生冲击啮合振动，其振动波形表现出振幅受到调制的特点,甚至既调幅又调频。各类故障在频域中
18、的表现如下：各类故障在频域中的表现如下：1）当齿轮均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量保持不变，但幅值大小改变，高次谐波幅值增大较多；2）调幅现象。它是由于齿面载荷波动对幅值的影响造齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂成的，调幅的一个原因是齿轮偏心，此时的调制频率为齿轮的回转频率。当在齿轮上有一个齿存在局部缺陷时，相当于齿轮的振动受到一个短脉冲的调制，脉冲的长度等于齿的啮合周期3）调频现象。在实际情况中，同样的齿面压力的波动，在产生调幅现象的同时，也会引起频率调制现象，其结果是在谱上得到一个调幅与调频综合形成的边频带。齿轮存在偏心时，由于齿面载荷变化引起调幅现象的同时，又由于齿轮转速的不
19、均匀而引起调频现象。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂4）附加脉冲。实际测得的信号不一定对称于零线，可将信号分解为两部分：即调幅部分和附加脉冲部分。附加脉冲是回转频率的低次谐波。平衡不良、对中不良和机械松动等，均是回转频率的低次谐波振源，但不一定与齿轮缺陷直接有关。附加脉冲的影响一般不会超出低频段，即在啮合频率以下；5）隐含谱线。是功率谱上的一个频率分量，产生的原因为加工过程给一个齿轮所带来的周期性缺陷。齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮频谱上边频带的形成齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂齿轮振动特征频率的计算齿轮及轴的转动频率齿轮的啮合频率有固定齿圈的行星轮系，啮合频率为 -任一参考齿轮的齿数;-参考齿轮的转数；-转臂的回转速度，当与参考齿轮转向相反时取正号，否则就取负号。()60rnfHz()60mnfz Hz()()60rrcmz nnfHzrzrncn齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂用于齿轮箱振动信号的分析方法有：倒谱分析法 希尔伯特包络分析法 时频分析法 时域模型法 时域平均法齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂查看案例分析齿轮箱结构及原理 PdM-振动分析知识交流课堂谢谢聆听
