CN112362344A - 一种变速箱齿轮故障分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变速箱齿轮故障分析方法，按照以下步骤操作：根据维修、保养及点检记录建立变速箱齿轮故障数据库，根据变速箱齿轮确定变速箱齿轮的等级参数，等级参数包括齿轮等级A、润滑环境B；根据变速箱齿轮故障数据库分析影响变速箱齿轮故障的外因素，外因素包括温差T、声音S、振动V及裂纹D确定各外因素的修正系数，建立变速箱齿轮故障率公式；根据监测的实时数据及变速箱参数确定变速箱齿轮的综合故障率FR，实时数据包括外因素、负载系数L。本发明通过建立的变速箱齿轮故障数据库，统计并分析影响变速箱齿轮的外在因素，通过这些外界因素结合变速箱的内在因素对变速箱齿轮故障率进行四则运算，实现对变速箱齿轮故障的预测。

Description

一种变速箱齿轮故障分析方法

技术领域

本发明涉及变速箱齿轮故障分析领域，具体涉及一种变速箱齿轮故障分析方法。

背景技术

齿轮作为变速箱重要的零部件，不但作为一种可以连续啮合传递运动和动力的机械元件，而且具有工作可靠、稳定等优点。然而，旋转机组一般处于长时间运转，变速箱中的齿轮与齿轮间不间断地工作，难免会发生各种齿轮故障。其中，常见的齿轮故障分别包括：齿轮断齿、齿轮裂齿、齿轮磨损、齿轮点蚀与齿轮胶合。但是由于旋转机组现场工作时，受到干扰的因素很多，并具有不确定性等特点，直接影响到齿轮故障的监测与诊断，可见齿轮对变速箱、旋转机组、乃至企业的关键性。据相关资料统计，在旋转机组变速箱故障中齿轮发生的故障约为60％，一旦发生故障可能会造成机组停运，影响企业的生产；严重时可能会发生危及人类生命安全的事故。

现有技术中对于变速箱齿轮的故障分析通常采用经验分析法，即设备维修或点检人员通过变速箱的声音、温度、震动等各个方面的表现判断变速箱是否存在故障，但这种分析方法对于人员的经验要求较高，并且人员也很难全方面的考虑，对于各个影响因素也无法进行量化，鉴于此，现有技术中需要一种能够精确量化的变速箱齿轮故障分析方法。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种变速箱齿轮故障分析方法，解决了现有技术中变速箱齿轮故障分析无法量化的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：按照以下步骤操作：

根据维修、保养及点检记录建立变速箱齿轮故障数据库，根据变速箱齿轮确定变速箱齿轮的等级参数，等级参数包括齿轮等级A、润滑环境B；

根据变速箱齿轮故障数据库分析影响变速箱齿轮故障的外因素，外因素包括温差T、声音S、振动V及裂纹D确定各外因素的修正系数，建立变速箱齿轮故障率N的公式；

N＝(aT+bS+cV+dD)/(AB)，

式中：a是温度修正系数；b是声音修正系数；c是振动修正系数；d是裂纹修正系数；

根据监测的实时数据及变速箱参数确定变速箱齿轮的综合故障率FR，实时数据包括外因素、负载系数L，那么，变速箱齿轮的综合故障率FR可表示为；

FR＝N*L

＝(aT+bS+cV+dD)L/(AB)

式中FR的单位是每百小时；

根据维修、保养、点检记录及实际变速箱齿轮故障率更新各修正系数。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法齿轮等级A包括模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R，其中模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R均包含1至4四个等级，且三者权重系数相等，所述齿轮等级A＝H+R+m。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：润滑环境B包括浸油润滑、喷油润滑、滴油润滑、润滑脂润滑、干式润滑。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：裂纹D通过声发射检测获得。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：负载系数：

L＝(E/F)*P，式中：E是实际负载；F是变速箱的额定承载，P是负载冲击指数。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：当变速箱的输入输出转速比不等于变速箱自身的转速比时，则认为变速箱齿轮故障的故障率不低于80％。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：修正系数a＝0.01、b＝0.01、c＝0.6、d＝600。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：润滑环境B从高到低依次是：80、60、40、20、10。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：当变速箱齿轮的综合故障率FR低于2％时，则认定为设备可正常工作；当变速箱齿轮的综合故障率2％≤FR≤5％时，则认定为前期预警；当变速箱齿轮的综合故障率FR高于5％时，则认定为处于报警状态。

作为本发明的一种优选方案，前述的一种变速箱齿轮故障分析方法：当变速箱发生三次故障，且三次故障的平均故障率与变速箱齿轮的综合故障率FR偏差超过60％时，则对实际故障中影响最大的两个外因素因子对应的修正系数进行更新。

本发明所达到的有益效果：

现对于现有技术，本发明首先通过历史数据库建立变速箱齿轮故障数据库，通过这些数据库统计并分析影响变速箱齿轮的外在因素，通过这些外界因素结合变速箱的内在因素对变速箱齿轮故障率进行四则运算，实现对变速箱齿轮故障的预测。

相对于现有技术中的经验分析法，本发明将影响变速箱齿轮故障的各个因素进行量化，提升了计算的精度及准确性，再者，采用本发明所记载的方法能够大大降低维修、点检人员技术及经验上的依赖，更容易进行推广应用。

由于新的故障产生之后会对历史数据库进行更新，使得本发明的方法具备更好的学习性，因此本发明计算结果的精确性也会随着故障次数的提升而提高。

附图说明

图1是本发明的整体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示：本实施例公开了一种变速箱齿轮故障分析方法，具体按照以下步骤操作：

根据维修、保养及点检记录建立变速箱齿轮故障数据库，该数据库包含影响变速箱齿轮的一些外界因素及内在因素，外界因素包括温差T、声音S、振动V、裂纹D，其中温差T具体为变速箱的表面温度与外界温度之差。内在因素包括变速箱齿轮的具体参数及润滑环境，齿轮的具体参数包括模数、齿轮硬度、齿轮精度。润滑环境包括浸油润滑、喷油润滑、滴油润滑、润滑脂润滑、干式润滑。

也就是说：在维修、保养及点检过程中，如果发现变速箱齿轮存在故障，记录下上述外界因素及内在因素的各个参数，根据这些积累的参数建立变速箱齿轮故障数据库。

上述数据库建立成功之后，即可根据变速箱齿轮确定变速箱齿轮的等级参数，等级参数包括齿轮等级A、润滑环境B；

齿轮等级A包括模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R，其中模数m的标准化数值参考GB1357-87，本实施例具体将其分为四个细分等级，分别是：模数小于1.5为1级；模数2-8为2级；模数10-20为3级；模数25-50为4级。由于齿轮类型的不同，例如对于斜齿轮，其模数就应当采用端面模数。齿轮硬度H根据其从小到大依次分为1-4级。其中1级表示：没有做任何热处理的灰铸铁、球墨铸铁；2级表示HB330以下的齿轮，也称为软齿面齿轮；3级表示调质钢、淬火钢制成的齿轮；4级表示渗碳淬火钢、渗氮钢或更高级别的热处理。齿轮精度R包括13个精度等级，分别用数字0、1、2……12表示，由于0的精度最高，12的精度最低，因此分别将0-3认定为4级；4-6认定为3级；7-9认定为2级；10-12认定为1级。并且，模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R三者的权重系数相等，在评估齿轮等级A时直接将三者的级数相加即可。因此将齿轮等级A包括3至12十个等级。

润滑环境B包括浸油润滑、喷油润滑、滴油润滑、润滑脂润滑、干式润滑，上述润滑环境的润滑效果是依次降低的，可分别采用：80、60、40、20、10。

振动V通过振动位移值、振动速度值以及振动加速度值进行综合表示。

根据变速箱齿轮故障数据库分析影响变速箱齿轮故障的外因素，外因素包括温差T、声音S、振动V及裂纹D确定各外因素的修正系数，建立变速箱齿轮故障率N的公式；

N＝(aT+bS+cV+dD)/(AB)，

式中：a是温度修正系数；b是声音修正系数；c是振动修正系数；d是裂纹修正系数；其中裂纹D通过声发射检测获得，声发射检测属于现有技术。

然后：根据监测的实时数据及变速箱参数确定变速箱齿轮的综合故障率FR，实时数据包括外因素、负载系数L。那么，变速箱齿轮的综合故障率FR可表示为；

FR＝N*L

＝(aT+bS+cV+dD)L/(AB)

式中FR的单位是每百小时。

在上述过程中，新产生的数据实时更新到故障数据库中，需要根据维修、保养、点检记录及实际变速箱齿轮故障更新各修正系数，以便提升后续变速箱齿轮的综合故障率FR的分析精度，当变速箱发生三次故障，且三次故障的平均故障率与变速箱齿轮的综合故障率FR偏差超过60％时，则对实际故障中影响最大的两个外因素因子对应的修正系数进行更新。例如：某变速箱连续发生了三次故障，根据三次故障的平均故障率对比本发明计算得到的综合故障率FR，如果误差超过60％，则详细对比发生故障时实际测量的外因素与数据库中记载的外因素的偏差量。本发明监测的外因素包括温差T、声音S、振动V、裂纹D，将四者中偏差最大的两个外因素所对应的修正系数进行更新，将其更新成这三次故障统计得出的实际修正系数。负载系数：

L＝(E/F)*P，式中：E是实际负载，通过测量变速箱输出端的扭矩获得。F是变速箱的额定承载，P是负载冲击指数，当扭矩平稳时认为负载冲击指数较小，如果负载冲击过大则认为负载冲击指数较大，P的从大到小依次从8到1。

在上述过程中，当变速箱的输入输出转速比不等于变速箱自身的转速比时，则表述出现了严重打齿现象，考虑到也有可能出现轴承、传动轴的故障，因此认为变速箱齿轮故障的故障率不低于80％。

当变速箱齿轮的综合故障率FR低于2％时，则认定为设备可正常工作，只需按照正常的点检流程继续实施检查即可。当变速箱齿轮的综合故障率2％≤FR≤5％时，则认定为前期预警，此时可采取相应的措施，例如检查润滑油的油脂、油量是否异常，再者应该缩短检查的周期，将其列为重点关注的部位。当变速箱齿轮的综合故障率FR高于5％时，则认定为处于报警状态，此时建议的处理措施是停机检修。

实施例一：

本实施例将测量的外界因素包括温差T、声音S、振动V、裂纹D分别为：T＝60摄氏度、S＝80分贝、V＝振动等级为5、D＝裂纹为0.01um，四个参数对应的修正系数分别为：a＝0.01、b＝0.01、c＝0.6、d＝600。齿轮等级A等于7(模数m＝2、齿轮精度R＝3、齿轮精度R＝2)；润滑环境B采用的是常用的润滑脂润滑，因此B等于20。

则变速箱齿轮故障率：N＝(aT+bS+cV+dD)/(AB)

＝(0.01*60+0.01*80+0.6*5+600*0.01)/(7*20)＝(0.6+0.8+3+6)/140＝7.43％。

再者：FR＝N*L

L＝(E/F)*P，本实施例中E等于280NM，变速箱的额定承载F等于500NM，P是负载冲击指数等于3，

则：L＝(280/500)*3＝1.68

FR＝N*L＝7.43％*1.68＝12.5％。

即：最终得到该变速箱齿轮在该工况下的综合故障率是12.5％每百小时，那么则该变速箱处于报警状态，此时应该停机检修，以免故障扩大。

实施例二：

某机床变速箱测量的外界因素温差T、声音S、振动V、裂纹D分别为50摄氏度、60分贝、振动等级为3、裂纹D＝0，修正系数与实施例一相同，即a＝0.01、b＝0.01、c＝0.6、d＝600。

齿轮等级A等于9(模数m＝3、齿轮精度R＝2、齿轮精度R＝4)，润滑环境B采用的是滴油润滑，因此B等于40。

则变速箱齿轮故障率：N＝(aT+bS+cV+dD)/(AB)

＝(0.01*50+0.01*60+0.6*3)/(9*40)＝(0.5+0.6+1.8)/360＝0.8％。

再者：FR＝N*L

L＝(E/F)*P，本实施例中E等于135NM，变速箱的额定承载F等于400NM，P是负载冲击指数等于2，

则：L＝(135/400)*2＝0.675

FR＝N*L＝0.8％*0.675＝0.54％。

即：最终得到该变速箱齿轮在该工况下的综合故障率是0.54％每百小时，低于2％，则认定为设备可正常工作。现对于现有技术，本实施例首先通过历史数据库建立变速箱齿轮故障数据库，通过这些数据库统计并分析影响变速箱齿轮的外在因素，通过这些外界因素结合变速箱的内在因素对变速箱齿轮故障率进行四则运算，实现对变速箱齿轮故障的预测。

相对于现有技术中的经验分析法，本实施例将影响变速箱齿轮故障的各个因素进行量化，提升了计算的精度及准确性，再者，采用本发明所记载的方法能够大大降低维修、点检人员技术及经验上的依赖，更容易进行推广应用。

由于新的故障产生之后会对历史数据库进行更新，使得本发明的方法具备更好的学习性，因此本发明计算结果的精确性也会随着故障次数的提升而提高。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：按照以下步骤操作：

根据维修、保养及点检记录建立变速箱齿轮故障数据库，根据变速箱齿轮确定变速箱齿轮的等级参数，所述等级参数包括齿轮等级A、润滑环境B；

根据变速箱齿轮故障数据库分析影响变速箱齿轮故障的外因素，外因素包括温差T、声音S、振动V及裂纹D确定各外因素的修正系数，建立变速箱齿轮故障率N的公式；

N＝(aT+bS+cV+dD)/(AB)，

式中：a是温度修正系数；b是声音修正系数；c是振动修正系数；d是裂纹修正系数；

根据监测的实时数据及变速箱参数确定变速箱齿轮的综合故障率FR，所述实时数据包括外因素、负载系数L，那么，变速箱齿轮的综合故障率FR可表示为；

FR＝N*L

＝(aT+bS+cV+dD)L/(AB)

式中FR的单位是每百小时；

根据维修、保养、点检记录及实际变速箱齿轮故障率更新各修正系数。

2.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述齿轮等级A包括模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R，其中模数m、齿轮硬度H、齿轮精度R均包含1至4四个等级，且三者权重系数相等，所述齿轮等级A＝H+R+m。

3.根据权利要求2所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述润滑环境B包括浸油润滑、喷油润滑、滴油润滑、润滑脂润滑、干式润滑。

4.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述裂纹D通过声发射检测获得。

5.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述负载系数：

L＝(E/F)*P，式中：E是实际负载；F是变速箱的额定承载，P是负载冲击指数。

6.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：当变速箱的输入输出转速比不等于变速箱自身的转速比时，则认为变速箱齿轮故障的故障率不低于80％。

7.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述修正系数a＝0.01、b＝0.01、c＝0.6、d＝600。

8.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：所述润滑环境B从高到低依次是：80、60、40、20、10。

9.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：当变速箱齿轮的综合故障率FR低于2％时，则认定为设备可正常工作；当变速箱齿轮的综合故障率2％≤FR≤5％时，则认定为前期预警；当变速箱齿轮的综合故障率FR高于5％时，则认定为处于报警状态。

10.根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮故障分析方法，其特征在于：当变速箱发生三次故障，且三次故障的平均故障率与变速箱齿轮的综合故障率FR偏差超过60％时，则对实际故障中影响最大的两个外因素因子对应的修正系数进行更新。

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