幾個月前，我被要求幫助診斷與造紙業有關的大型工廠中的可疑變速箱問題。有問題的變速箱有一個帶有23齒小齒輪的輸入軸，驅動一個帶有132個齒的大齒輪，這又可以驅動另一個相同尺寸的大齒輪。兩個齒輪連接到直徑約24英寸的大鋼輥。兩個輸出齒輪轉速為52 rpm，小齒輪轉速為302 rpm(見圖1)。

　　圖1。

　　定期對齒輪箱中的潤滑油進行分析，***后的報告指出油中含有鐵顆粒。維護主管詢問我們是否可以確定油污染的來源，我們做的***件事就是檢查軸承附近測得的振動頻譜。光譜看起來很正常，沒有軸承色調的跡象，因此我們懷疑金屬來自一個或多個齒輪(見圖2)。然后問題是識別故障齒輪(如果有的話)，以便能夠毫不拖延地進行維護工作。

　　圖2。

　　時域信號的同步平均已經存在了很長時間，但在我看來，還沒有被用于機器問題診斷。無論如何，我們決定對變速箱振動特征進行同步平均。這涉及在振動分析儀中使用轉速計衍生的同步觸發器來收集一起平均的一系列波形樣本。其中重要的部分是每個時間記錄的開始必須在所討論的齒輪的旋轉中完全同時發生。

　　這允許來自齒輪的整個振動信號在時域平均中被強調，并且來自其他齒輪的所有振動分量，軸轉速和軸承音調等被平均。這會產生一個時間波形，顯示齒輪上的各個齒，其中來自機器的其他部件的污染非常小。在進行同步平均時，分析儀的分析參數會進行調整，因此時間記錄長度比齒輪上的一次旋轉多一點時間。這很容易實現，因為時間記錄長度(T)是頻譜中FFT線間距(DF)的倒數。這只是選擇頻率跨度和線數的問題，因此1 / DF長于1除以齒輪速度(赫茲)(Hz)。當然，

　　使用同步平均時，使用的平均數必須非常大; 通常在100左右。對于此處描述的測試，我們使用了90個平均值。(有關設置詳細信息，請參見圖3)。

　　圖3。

　　在許多同步平均的情況下，時間記錄比頻譜更有趣，因為頻譜不包含時間信息，并且時域顯示齒輪嚙合中的任何不規則性。在這種情況下，所有光譜都不顯著，只顯示齒輪嚙合頻率和一些諧波。

　　當我們對兩個大齒輪中的每一個進行同步平均時，沒有跡象表明波形有任何缺陷。但是，當我們對小齒輪進行相同的測試時，波形告訴另一個故事。齒輪上有一個明顯的區域，與大齒輪的嚙合是非常嘈雜和不均勻的(見圖4)。

　　圖4。

　　在查看這些數據時，我們要求對齒輪進行檢查，但是維修主管對此持懷疑態度，稱齒輪箱的振動更大，這個齒輪箱已經運行了20年而沒有任何問題。但我們堅持，***后一個檢修板被拆除，所以我們可以看看齒輪。我們發現小齒輪軸中的鍵槽磨損嚴重，使得齒輪可以在軸上來回旋轉齒輪邊緣約一半的齒。軸和小齒輪的孔之間也有明顯的間隙。大齒輪沒有任何損壞跡象。

　　我們打電話給變速箱工廠的一位工程師并描述了這種情況。他說，當小齒輪和軸之間的過盈配合太松時，安裝過程中出現問題。他說軸和小齒輪必須更換，并且很快就會避免災難性故障。這使得信徒們從***初認為變速箱無需大修的維修人員中脫穎而出。從那時起，該工廠的振動監測計劃受到越來越多的歡迎和尊重。

　　如前所述，同步平均不是一種新技術，但似乎很少在工業中使用。這不是一件困難的事情，并且可能導致關于幾乎不可能以任何其他方式獲得的機器的信息。此外，市場上有許多分析儀可以做到這一點，從小型電池供電單元到大型主電源系統。

　　下面的小齒輪照片說明了損壞情況：

　　圖5.該照片顯示了齒輪在軸上來回轉動引起的小齒輪孔剝落。

　　圖6.該照片顯示了齒輪齒側的磨損磨損。

　　圖7.這張照片是受損牙齒邊緣的特寫鏡頭。注意接觸區域末端的鐓粗金屬。