Fehleranalyse eines Getriebes

1. Frequenzanalyse des Getriebes

Die charakteristische Frequenz des Getriebes setzt sich in erster Linie aus der Wellenfrequenz, der Eingriffsfrequenz des Getriebes, der Frequenz der Innen- und Außenringe, der Wälzkörper und des Lagerkäfigs zusammen, die zusammen mit der Oberschwingungsfrequenz und der Seitenfrequenz als Grundlage für die Fehlerbeurteilung des Getriebes dienen. Die Hauptgründe für den Ausfall von Getriebeschwingungen sind folgende:

1) Fehler aufgrund von Herstellungs- und Installationsfehlern des Getriebes. Fehler in der Zahnradfertigung oder im Montageprozess beeinträchtigen die Verzahnungsgenauigkeit, was zu erhöhten Zahnradvibrationen und Geräuschen führt und damit die Ausfallrate des Zahnrads erhöht. Diese Fehler werden als Änderungen der Eingriffsfrequenz und der Amplitude jeder Oberwelle auf der Frequenz dargestellt.

2) Fehler, die auf die Eigenbewegung des Getriebes (oder die Betriebsumgebung) zurückzuführen sind. Während des Zahneingriffs führt der kontinuierliche Stoß zwischen den Zähnen zu Schwingungen und Geräuschen, die als Zahneingriffsfrequenz des Zahnrads dargestellt werden.

3) Ausfall der Zahnradoberfläche, Verschleiß der Zahnoberfläche. Aufgrund von Zahnflächenablösungen, Spannungen und anderen Defekten kollidieren die Ringe bei jeder Drehung des Getriebes einmal miteinander, was zu einem spürbaren Stoßphänomen führt. Jeder Stoß entspricht einer Impulserregung. Die Impulsantwortfunktion ist die gedämpfte Eigenschwingung des Getriebes, die ein periodisches höherfrequentes Stoßschwingungssignal darstellt. Die Zyklusperiode impliziert die Rotationsperiode der Welle, während die gedämpfte Schwingungsfrequenz die Eigenfrequenz des Getriebes angibt. Zahneingriffsschwingungen treten während des Zahneingriffs auf, wenn sich das Zahnflankenspiel vergrößert oder das Zahnrad verschlissen ist. Die Schwingungsfrequenz bezeichnet die Zahneingriffsfrequenz. Wenn z. B. ein Defekt an einer bestimmten Stelle auftritt, wie Grübchenbildung, Zahnausbrüche und kurzzeitige Belastungen, werden während des Zahneingriffs Entlastungseffekte sowie Amplitudenanpassungssignale und Frequenzanpassungssignale erzeugt, die im Frequenzbereich ausgedrückt werden, in dem die Zahneingriffsfrequenz das Zentrum bildet. Die Drehfrequenz der Welle ist die Abstandsgruppe der Spektrallinien, d.h. das Seitenband.

4) Die Welle ist verbogen. Wenn die rotierende Welle stark verbogen ist, treten bemerkenswerte Stoßschwingungen normalerweise in einem bestimmten Zeitintervall im Zeitbereich auf, und die Anzahl der Seitenbänder ist groß und dicht.

5) Das Getriebe ist dynamisch nicht balanciert und hat eine nicht balancierte Maße, oder ein exzentrisches Getriebe verursacht einen instabilen Betrieb des Zahnradpaares während des Drehvorgangs. Unter der Anregung des nicht balancierten Moments wird eine durch Frequenzmodulation dominierte und durch Amplitudenmodulation ergänzte Schwingung erzeugt. Es entstehen Seitenbänder auf beiden Seiten der Eingriffsfrequenz und deren Oberwellen, die durch die nicht balancierte Kraft beeinflusst werden, und die Drehfrequenz der Getriebewelle und die Energie ihrer Oberwellen steigt entsprechend an.

6) Das Innere des Getriebes ist nicht fest angezogen, und während der Beschleunigung und Verzögerung bei einer niedrigen Geschwindigkeit tritt ein plötzliches, zufälliges, heftiges Geräusch auf, das als plötzlicher und großer intermittierender Anstieg im Zeitbereichsdiagramm erscheint, der eine große Zufälligkeit aufweist.

2. Analyse der Ursachen für den Ausfall eines Getriebes:

Qualitätsmängel in der Fertigung verursachen Bruch der Zähne im Getriebe.

1) Eine der Ursachen für den Ausfall von Getrieben – Zahnbruch – ist die Fertigungsqualität. Fehler bei der Auswahl des geeigneten Stahls, schlechte Gussqualität der Zahnräder, niedrige Abschreckhärte, unzureichende Zahnradhärte, mangelhafte Sphäroidisierung und Ermüdung durch Wechselbeanspruchung während des Gebrauchs sind für Getriebeausfälle verantwortlich.

2) Die Zahneingriffsgenauigkeit hat einen geringen Einfluss auf den Zahnbruch. Die Zahneingriffsgenauigkeit hat zwar einen gewissen Einfluss auf den Zahnbruch, dieser Einfluss ist jedoch nicht signifikant. Aufgrund der unzureichenden Verzahnungsgenauigkeit ist auch die Kontaktfläche des Zahnrads unzureichend. Dann steigt die Kontaktspannung, und die Belastung ist ungleichmäßig. Dies ist jedoch nicht der primäre Grund für die abgebrochenen Zähne.

Ein weiterer Grund für gebrochene Zähne ist eine zu hohe Belastung, eine defekte Zahnwurzel und eine unzureichende Biegefestigkeit des Zahns. (Die Hauptfaktoren, die die Biegefestigkeit beeinflussen, sind die auf die Verzahnung wirkende Lastkraft und der Defektgrad des Zahnfußes. Die schlechte Eingriffsgenauigkeit von Zahnrädern ändert nicht die Belastungskraft auf die Verzahnung und den Defektgrad des Zahnfußes, sondern erhöht nur die Kontaktspannung der Verzahnung).  Neben der schlechten Fertigungsqualität des Getriebes gibt es einige Probleme, die zum Verschleiß des Getriebes führen können, wie z.B. der Mangel an Öl im Getriebe und die Verwendung von halbflüssiger Schmierflüssigkeit.

Zu den Faktoren der Fertigungsqualität für abnormalen Verschleiß gehören die folgenden:

① Getriebematerialien erfüllen die Anforderungen nicht, was zu abnormalem Verschleiß führt;

② das Getriebe hat Defekte wie Blasen, Poren und Lockerheit sowie eine unzureichende Sphäroidisierung;

③ unzureichende Wärmebehandlungshärte oder keine Wärmebehandlung;

④ Zahneingriffsgenauigkeit und Bewegungsgenauigkeit können die Anforderungen nicht erfüllen;

⑤ und das Bogenzahnrad ist sehr empfindlich gegenüber dem Fehler des Achsabstandes, insbesondere dem positiven Fehler, der nicht nur die Biegefestigkeit der Verzahnung verringert, sondern auch den Gleitverschleiß erhöht.

3. Allgemeine Fehleranalyse des Getriebes

(1). Was sind die Gründe für die Grübchenbildung und das Abblättern der Verzahnung des Getriebes?

a. Material, Härte und Fehler. Das Getriebematerial erfüllt die Anforderungen nicht. Der Hauptfaktor, der die Kontaktdauerfestigkeit des Zahnrads beeinflusst, ist die geringe Härte nach der Wärmebehandlung und die Unfähigkeit, die Kontaktdauerfestigkeit des Zahnrads zu erreichen. Darüber hinaus sind Defekte an der Zahnoberfläche oder im Inneren einer der Gründe für die unzureichende Kontaktdauerfestigkeit.

b. Unzureichende Ganggenauigkeit. Die Verzahnungsbearbeitung und die Montagegenauigkeit erfüllen nicht die Anforderungen, wie z.B. die Eingriffsgenauigkeit und die unzureichende Bewegungsgenauigkeit. Außerdem ist der Achsabstandsfehler des Bogengetriebes zu groß.

c. Schmieröl erfüllt die Anforderungen nicht. Der verwendete Schmierstoff ist von der falschen Marke, hat eine niedrige Ölviskosität und eine schlechte Schmierleistung.

d. Zu hoher Ölstand. Wenn der Ölstand zu hoch ist, steigt die Öltemperatur, was die Viskosität des Schmieröls senkt, die Schmierleistung beeinträchtigt und die Arbeitsdicke des Ölfilms verringert.

(2). Eine kurze Analyse der Gründe für eines der Anzeichen eines Getriebeausfalls: die Wellenbespannung des Getriebes

a. Durch die abgebrochenen Zähne verliert die Antriebswelle ihre axiale Fixierung und es kommt zum Wellenstrang.

b. Das angetriebene Zahnrad auf der Zwischenwelle ist nicht fest mit der Welle verbunden. Im realen Getriebe erzeugt das angetriebene Zahnrad aufgrund eines unzureichenden Übermaßes zwischen dem angetriebenen Zahnrad und der Zwischenwelle ein axiales Spiel gegenüber der Zwischenwelle, was wiederum ein axiales Spiel der Eingangswelle verursacht. Somit ist ein unzureichendes Übermaß die Hauptursache für die Wellenbespannung des Getriebes.

c. Die Lenkung des Getriebes übt auch einen gewissen Einfluss auf die Wellenbespannung aus.

(3). Eine kurze Analyse der Gründe für eines der Anzeichen des Getriebeausfalls: hohe Öltemperatur des Getriebes

a. Das Schmieröl ist falsch oder wurde viel zu lange verwendet.

b. Zu viel Schmieröl ist für die Wärmeabfuhr des Getriebemechanismus nicht förderlich.

c. Die Maschine ist beschädigt. Mechanische Schäden umfassen starke Grübchenbildung an den Zahnrädern, gebrochene Zähne, Schäden an den Lagerkäfigen, Innen- und Außenringen, Kugeln sowie Ausfall der Getriebelager oder starke Verformung der Welle.

d. Die Außenseite des Getriebes ist mit Ablagerungen oder Staub bedeckt. Wenn sich um das Getriebe herum Ablagerungen befinden oder die Oberfläche des Gehäuses lange Zeit nicht gereinigt wird, kann die Abdeckung von Ablagerungen oder Staub dazu führen, dass die Wärme im Getriebe unvollständig abgeleitet wird und die Öltemperatur steigt.

e. Die Kühlvorrichtung ist blockiert oder fällt aus. Die Kühleinrichtung ist wie das Getriebe in einer staubigen Werkstatt untergebracht. Wenn die Kühleinrichtung blockiert ist oder die Kühleinrichtung aufgrund von Langzeitbetrieb ohne Reinigung der internen Rohrleitung gebrochen ist, steigt die Öltemperatur des Getriebes.