张艳菊1，崔玲丽2，张建宇2，高立新2
摘要：本文针对承钢高线设备近期发生的一例齿轮断裂故障，从多个角度分析其故障原因并得出结论。此次故障表明高线轧机采用在线监测系统的必要性和迫切性。
关键词：粗轧机；故障诊断；数据分析
中图分类号：TG335.63文献标识码：B
一、故障描述
承钢高线粗中轧减速机共14架，自2005年以来，发现6V、8V减速机运行噪声大；8V打齿严重；6V大螺旋伞齿轮掉三齿。此后又发现5H减速机二级减速齿轮轴打齿。图1为6#和8#轧机结构图。
1．现场调研情况
(1)齿面硬度低，磨损严重，有明显磨痕。伞齿轮的大端齿顶宽比小端齿顶宽明显小了很多，说明齿面不均匀磨损严重。
(2)圆柱斜齿轮多个齿面上有不同程度的断裂。
(3)现场反映，如按规定侧间隙装配，齿轮无法转动。
2．设备机械设计及材质分析
(1)高线粗中轧减速机齿轮。
①材料。经金相分析，确认齿轮使用的材料及组织结构符合设计要求。
②热处理。经检查，打齿齿轮渗碳层深度和齿轮表面硬度均不符合要求。减速机齿轮装配的非接触面侧隙要求在0.21mm以上，实际有部分减速机齿轮在非接触面有接触。
(2)高线粗中轧减速机设计检查。
经检查设计图纸资料，减速机零件图及装配图均未发现问题。
二、故障数据分析
轧机检修后的时域图及谱图见图2~5，可见设备中6#轧机齿轮箱振动过大，8#稍小，5#最低。
以上谱图数据说明：(1)6#、8#轧机的Z1/Z2啮合频率一倍频及其二、三、四倍频振幅均明显异常，时域波形存在Ⅰ轴轴频调制现象，说明更换后的齿轮啮合状况仍然不好。注意到现场反映按规定侧间隙装配齿轮无法转动的情况，说明目前的振动异常可能是制造或装配问题所致。(2)5#轧机振动正常，但Ⅰ轴Z1/Z2啮合频率的二倍频幅值比基频高，需注意观察。
三、齿轮断裂原因分析
由以上设备设计、材质、振动数据分析可见，导致轮齿断裂的主要原因是：(1)齿轮原始裂纹（热应力产生的可能性较大）。(2)齿轮加工精度差，造成装配质量差，齿间隙增大，导致冲击加大。(3)热处理质量不良，渗碳层深度不够、齿轮表面硬度低导致齿面磨损严重、齿间隙过大。
齿隙过大导致啮合冲击大；热处理裂纹导致应力集中，疲劳裂纹快速扩展。在上述三个主要因素的联合作用下，加速疲劳破坏的过程，导致早期疲劳断裂。
四、结束语
1．严格按设计要求制造装配，保证质量。
2．设计图中应有空转试车振动标准，以作为振动检测的验收依据。
3．6#、8#轧机齿轮啮合情况较差，更换新齿轮之前应利用简易振动监测仪器定期监测，周期可以控制在每个班一至二次。如果发现振动幅值成倍上升或突然下降，应及时安排检修。
4．对高线轧机的关键设备实施以振动量为主的状态监测，既可为事故分析提供完整、准确的数据，又可以通过故障诊断提前预报，防止突发故障造成的恶性事故。此次事故表明该厂高线轧机的关键设备亟需配置以振动量为主的状态监测和故障诊断系统，以保障设备安全可靠运行，降低设备故障率。
参考文献：
高立新，黄汉东，谢江华．高速无扭精轧机组设备故障诊断．北京科技大学学报，2001，23(6):547-548.
周凤星，程耕国，高立新．高速线材轧机机械故障诊断系统．冶金自动化，2001，5:63-65.