机床传动系统典型故障特征

机床传动系统主要依靠成组的齿轮传递运动和动力。而影响齿轮传动低的因素很多，涉及到整个主轴系统，统计结果显示，机床传动系统中各类零件按损坏比例高低依次为：齿轮、轴承、轴、箱体、紧固件和油封，其中前三类回转件所占比例分别为60%、19%和10%，合计占总数的89%。因此，机床传动系统的故障诊断主要是回转件的故障诊断。
因此要想对机床故障做出准确的诊断预先掌握各种故障的特征，但是由于机床传动系统种类繁多，任何研究都不可能囊括其全部。这里利用试验并结合现有的研究结果对几种典型故障特征进行分析。
(1)齿形误差
关于齿轮的齿形误差对振动信号的影响，学者已进行了大量理论和实验研究。对振动信号进行频谱分析结果表明，由于齿形误差产生传动系统振动的激励，使齿轮振动信号呈现明显的调制现象，其频谱特征是：以齿轮的啮合频率及其倍频为中心频率，在其周围密集地分布着以齿轮回转频率为调制频率的边带。当齿形误差严重时，由于激振能量较大，产生以齿轮各阶固有频率为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制现象。同时，振动能量和包络能量有程度的增大。
(2)轮齿磨损
机床传动系统中的齿轮磨损一般是比较均匀的，这时没有冲击振动信号产生或冲击很小，所以不会出现明显的调制现象。当磨损发展到程度时，啮合频率及其各阶谐波幅值明显增大，而且阶数越高，谐波增大的幅度越大。同时，振动能量有较大幅度的增加。
(3)断齿
断齿时域表现为幅值很大的冲击型振动，频率等于有断齿轴的转频。而频域上在啮合频率及其高次谐波附近出现间隔为断齿轴转频的边频带；边频带一般数量多、幅值较大、分布较宽。解调谱中常出现转频及其高次谐波，甚至出现10阶以上。同时由于瞬态冲击能量大，时常激励起固有频率，产生固有频率调制现象。
(4)轴弯曲
轴轻度弯曲时，在齿轮传动中将导致齿形误差，形成以啮合频率及其倍频为载波频率，以齿轮所在轴转频为调制频率的啮合频率调制现象，如果弯曲轴上有多对齿轮啮合，则会出现多对啮合频率调制。但一般谱图上边带数量少而稀，它与齿形误差虽有类似的边带，但其轴向振动能量明显加大。
(5)轴向窜动
当轴上有两个同时参与啮合的斜齿轮时，有时会发生轴向窜动现象。此时，时域表现为频率与有故障轴上相啮合的两对齿轮中较大的啮合频率相等，一周内有正负各一次大的尖峰冲击振动，频域中啮合频率幅值明显增大。
(6)轴不平衡
轴有较严重的不平衡时，在齿轮传动中将导致齿形误差，形成以啮合频率及其倍频为载波频率，以齿轮所在轴转频为调制频率的啮合频率调制现象，但一般谱图上边带数量少而稀。但在谱图中其有故障轴的转频成分明显加大。
(7)轴承疲劳剥落和点蚀
滚动轴承内外环及滚动体疲劳剥落和点蚀后，在其频谱中高频区外环固有频率附近出现明显的调制峰群，产生以外环固有频率为载波频率，以轴承通过频率为调制频率的固有频率调制现象。由于滚动轴承产生的振动与齿轮振动相比一般能量较小，解调谱中调制频率幅值较小，一般只出现1阶。