引言
齿轮箱是机械传动中应用十分广泛的一种重要部件，其出现故障时大多与振动之间有十分紧密的联系。通常情况下齿轮箱在运转的过程中，其中的轴承以及齿轮都会有所震动，在正常情况下振动监测技术所提取出的振动信号会在正常区间，然而当齿轮箱发生故障时，所提取到的振动信号以及频率就会发生变化。因此通过应用振动监测技术能够较为直接以及及时的诊断出故障的部位与性质。振动监测技术可以说是齿轮箱各种预测性维修技术中的核心部分。当前波形、频谱、相位分析等都是常用的振动监测方法，通过波形图能够对一些松动、不平衡以及摩擦类的故障进行很好的诊断。
一、轴承故障特征
（一）滚动轴承故障特征
通过对齿轮箱滚动轴承的故障进行观察发现，其主要包含以下四个时期，第一时期故障会表现高频振荡但是振幅比较小的特点，主要是因为润滑不够充分或者出现了轻度损坏的现象。第二时期的故障表明其已经有所进展，通过数频谱或者使用加速度单位的方式，会有很大的几率看到故障。第三时期的故障，是指滚动轴承出现了更大程度的损坏，一旦将其拆卸，可以用肉眼看到零件损坏的情况。当滚动轴承的故障到了第四时期时，表明滚动轴承的损伤已经十分明显了，这时滚动轴承的部件形状可能会有所变化，在先前时期所出现的故障频率可能会发生改变，并且其底部会逐渐出现噪音。因此当故障到了第四时期时，应该及时将轴承进行更换。
（二）滑动轴承故障特征
磨损/间隙：在滑座间隙较大时，存在1X转频和谐波峰，激励力会引起噪声激发的自然频率共振，从而使基座的噪声增大。在较高的条件下，频谱会产生0.5X和0.3X的尖峰。
油膜涡动：在频率范围内，有较强的振荡发生在0.38X到0.50X之间。大的空隙和低的径向负荷会造成形成的油膜，造成转动的转动，产生小于0.5X的涡流速率。
二、齿轮故障
在回转机构中，最常见的是齿轮，它的工作状态对整个机器的工作情况有很大的影响。在风力发电机组中，齿轮箱作为重要传动设备，为风能转化为电能提供源源不断的动力，发挥着十分重要的功能。齿面磨损、表面接触疲劳、齿面塑性、齿面弯曲和齿面折断等是常见的失效类型。通过对当前齿轮箱中齿轮发生的故障进行观察，发现其可能会出现齿轮磨损，齿轮断掉，齿轮不对称，齿轮上的压力过重以及齿轮点蚀和胶合等故障。
三、齿轮箱中滚动轴承故障障碍诊断的难点
（一）难以确定齿轮中间传动轴的转速
齿轮箱的结构一般会有多个级别，并且不同级别在转动中所产生的速比也会有所差异。通常情况下，齿轮箱的厂家只会将齿轮总速比提供给使用者，并不会将每级的转动速比以及齿轮的齿数告诉使用者，在一定程度上不利于判断中间转动轴承的故障情况。同时在对轴承故障进行分析的过程中，对每根转动轴的转速进行确定是其中的关键，主要是因为转动轴的转速会影响到轴承故障的频率，转速不同上的轴承所显现出的故障特征频率也会有所差异。转速通常会受到轴承的结构，尺寸以及轴承滚子数量的影响，但是这些因素是由轴承制造商所决定的，所以很难对齿轮中间转动轴的转速进行判断。总之，齿轮箱结构复杂，人工方式诊断故障，不仅准确率不高，而且耗费大量的时间和人力。
（二）不利于确定频谱中故障特征频率成分
通过观察箱体振动信号的情况是当前判断齿轮箱故障的一种常用方法，但是由于信号传递环节较多，在一定程度上会导致判断结果失误，主要是因为信号在传递过程中会出现衰减的情况。同时，通过对齿轮箱的结构进行观察，发现其比较复杂，其中的滚动轴承以及齿轮经常会同时开工。这时所提取到的振动信号很难确定故障的发生的部位以及特征。此外，当齿轮箱的滚动轴承发生故障时，其振动信号的能量通常会被齿轮或者轴系的振动能量所掩盖，不利于及时发现滚动轴承的故障。
振动监测技术在齿轮箱故障诊断中的应用实例
（一）振动检测的时频域分析法在轴承故障诊断中的应用实例
振动监测公司于2017年4月对长鲸6舱内的泵齿轮箱进行例行检查，在检查过程中，振动监测人员通过分析振动数据发现齿轮箱输入轴驱动端轴承包络谱与速度频谱都存在一些问题。由于该异常频率经常出现在速度频谱当中，因此振动监测人员初步诊断为轴承故障，并且处于比较严重的阶段。同时通过对比频谱图以及轴承故障频率的参考值，发现轴承的故障正在不断像恶化情况发展，已经进展到了轴承故障的第三阶段，应该及时进行更换。于是船机人员在监测数据的支持下，将出现故障的轴承进行了更换，有效预防了安全事故的发生。当更换完轴承之后，并再次邀请振动监测人员对齿轮箱进行分析，经过对振动信号进行分析，发现其已无故障频率，表明齿轮箱的轴承故障已得到良好修复。
（二）振动检测的时频域分析法在齿轮故障诊断中的应用实例
同时2017年9月振动监测人员在巡检长鲸2左挖泥机组中的齿轮箱时，发现齿轮箱在运行的过程中存在异常噪音的问题，但是其总体振动值在规定的范围之内。于是振动监测人员现场对齿轮箱的振动信号进行了采集以及分析其存在的故障。通过对得到的齿轮故障频率特征进行分析，考虑其可能存在啮合不平行的故障。于是维修人员对齿轮箱进行了拆卸检查，发现输入轴小齿轮出现了断齿的情况，可能是因为齿轮啮合不平行导致的，遂及时更换了齿轮。同样，当修复好之后再次邀请振动监测人员对齿轮箱进行分析，发现数据基本正常。
结语
当前有多种方法能够对齿轮箱的故障进行诊断，比如振动监测技术、噪声分析、油液分析等。在通过振动监测技术对存在故障的齿轮箱进行检测时数据会发生变化，能够帮助维修人员及时明确故障部位以及特征，可以发现该种监测技术在实际应用中发挥了十分重要的意义。
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作者简介：申凯(1982年出生)性别：男籍贯：吉林省农安县民族：汉族学历：硕士研究生职称：高级工程师研究方向：机械设计、机械制造、风力发电等
作者简介：刘丹(1984年出生)性别：女籍贯：辽宁省盖州市民族：汉族学历：硕士研究生职称：高级工程师研究方向：自动化、控制理论与控制工程、PLC、西门子等
