浅议机械传动系统故障诊断及解决方法

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摘要：机械传动系统广泛运用于国防、航天航空、生产等行业领域中。其中，齿轮传动系统是目前使用最频繁的机械传动机构。但是，由于长时间的机械工作，齿轮的零部件极易发生磨损，并导致多种机械故障的发生。本文作者详细分析了齿轮传动过程中，系统故障的诊断方法和解决方法。

Abstract：the mechanical transmission system is widely used in national defense， aerospace， production and other fields of industry. Among them， the gear transmission system is the most frequently used mechanical transmission mechanism. However， because of long time of mechanical work， gear wear and tear parts easily happened， and lead to the occurrence of a variety of mechanical failure. In this paper， the author analyzes the gear transmission process， the system fault diagnosis methods and solutions.

关键词：机械传动系统；故障诊断及解决

Keywords： mechanical transmission system； Troubleshooting and solutions

1. 引言

机械传动系统广泛运用于国防、航天航空、生产等各个领域及行业中，因此，确保其安全性和可靠性具有非常重要的意义。齿轮传动系统，作为当今世界上运用频率最高的机械传动系统之一，对其故障的早期、及时诊断和解决，不仅有利于经济合理地安排设备维修的时间，更能有效避免重大人身或设备伤亡事故的发生。

2. 齿轮传动系统故障的诊断方法

2.1 常见齿轮传动系统故障

根据经验总结，常见的齿轮传动故障一般可分为两种：一种是分布在一个齿轮的各个轮齿上的分布式故障；另一种则是只集中于一个齿轮的某一个或者某几个轮齿上的局部故障。以下就具体的系统故障做诊断方法分析。

2.2 齿轮故障的诊断方法

2.2.1 小波分析方法

小波变换是一种多分辨率的时频分析方法。目前，齿轮传动故障分析中使用最广泛的小波分析方法是二进离散小波变换法。而随着小波分析技术的不断发展，和计算机容量、运算能力的飞速提高，连续小波变换也开始逐步应用于齿轮传动故障的诊断分析。而且，与二进离散小波变换相比，连续小波具有时间和尺度网格划分更细致、小波基无需正交和具有“时（移）不变”特性等多方面优势，更适合机械动态信号的检测和故障诊断。

2.2.2 神经网络分析方法

神经网络，在充分学习经验样本的基础上，将知识转换成为神经网络的权值和阈值，并将其存储在整个神经网络中。虽然神经网络模型可以映射出故障征兆的特征空间和模式空间，但是它不能解释故障诊断的技术内容和实质，因此又相当于知识表达的“黑箱结构”。人工神经元网络，是基于对人大脑中神经元结构特性的模仿，而建立起来的一种简单的非线性动力学互联网络。人工神经元网络的优点很多，例如：具有大规模并行处理能力、适应性学习和处理复杂多模式。BP网络、Hopfield网络和BAM网络是齿轮传动系统故障诊断领域常用的3种神经网络。其中，BP网络可以看作是一个静态的系统，具有模式分类能力。

2.2.3 独立变量分解法

之所以使用独立变量分别是存在两方面原因的。一方面，由于齿轮箱体表面测量到的振动信号是齿轮传动系统的振源信号与系统结构的脉冲响应函数的卷积，直接对齿轮传动的振源信号进行故障诊断非常困难；另一方面，独立分量分析法（ICA）是具有盲源分离和盲反卷积功能的新型多变量数据统计方法。因此，独立分量分析法在齿轮传动系统故障的诊断中具有非常重要的作用。根据ICA盲源分离原理进行齿轮传动故障诊断的方法主要可分为3类：①振动信号的盲源分离；②振动信号的单向分解；③利用部分已知信息进行盲源分离。ICA反卷积运算方法也是多种多样，例如：窄带信号卷积模型法。

3. 齿轮故障的解决方法

3.1 正确安装和使用齿轮传动系统，是预防系统故障发生的重要环节

只有严格遵守相应的安装程序和操作技能要求，对齿轮传动系统进行正确的安装和使用，才能确保机械设备的正常运行。首先，要注意齿轮安装的精度要求。齿轮安置精度的肯定，要在连系传动齿轮的承载本领和使用寿命的基础上举行肯定。其次，不管是新安置、改换齿轮，仍是检验安置齿轮，都应该严格依照技术标准请求执行。最后，为了防止过度损坏齿轮的轴承或出现断轮，安装时切忌用铁锥敲打。

3.2 正确使用和管理剂，是延长机械传动齿轮使用寿命，减少故障发生的关键环节

剂的正确使用和管理，对避免齿轮传动系统故障的发生，延长其使用寿命具有至关重要的作用。一方面，为了防止齿轮的加速老化磨损和使用寿命的不正常缩短，应该结合齿轮的运转情况、工作条件和环境等因素，正确使用剂。首先要科学记录传动齿轮的工作情况、每个部位使用的剂型号、使用时间等。然后根据出厂标准制定维修计划，并结合实际工作环境和季节的变化，及时、适当地更换和加装剂，保证机械传动齿轮的正常工作。另一方面，还应该严格以科学的技术标准为指导，对剂的选择、使用和更换过程进行严格把关。

3.3 完善生产技术和管理，对避免机械传动齿轮故障也有重要意义

虽然机械传动齿轮只是一个生产部件，但它与机械的轴和轴承都是相互联系、相互作用的，每个部件的精度对生产都有重要影响作用。因此，必须严格按照出厂标准，对每一个部件进行安装调试，以保证传动齿轮和相关设备的精度，从而确保生产。日常生产管理过程中，也要在严格按照技术要求进行的基础上，对其进行综合的科学化管理，避免超负荷、故障生产。

4. 结论

齿轮传动系统在国防、农业、工业和生产等领域的机械设备中都有广泛的运用。因此，及时、早期的诊断和解决齿轮传动系统中的故障，确保其安全性和可靠性具有非常重要的意义。首先，本文以小波分析方法、神经网络分析方法和独立变量分解法为例，详细分析了齿轮故障的的诊断方法，并对故障的解决提出了3点建议：①正确安装和使用齿轮传动系统；②正确使用和管理剂；③完善生产技术和管理。

参考文献：

[1]李涛.探析机械传动系统关键零部件故障预测技术[J].中小企业管理与科技，2014（8）.

[2]闫慧.关于采煤机械传动齿轮失效问题的探讨[J].科技创新与应用，2011（19）.

作者简介：

胡乐（1993-），男，现为长江大学机械工程学院本科学生。