论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法

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汽车变速器齿轮故障诊断方法综述

汽车变速器齿轮故障诊断方法综述
汽车变速器是汽车动力系统中的重要组成部分，齿轮是变速器工作的关键部件。

齿轮故障会导致汽车变速器的性能下降甚至完全失效。

及时正确地诊断齿轮故障对于保障汽车的正常运行至关重要。

本文将综述目前常用的汽车变速器齿轮故障诊断方法。

第一种诊断方法是通过声音诊断。

变速器齿轮故障会发出不同的声音，如异响、噪声等。

通过听取变速器工作时的声音可以初步判断是否存在齿轮故障。

如果变速器工作时发出咯咯声、呜呜声等异常声音，则可能是齿轮磨损、齿轮啮合不良等问题导致的。

第二种诊断方法是通过振动诊断。

变速器齿轮故障会引起汽车振动。

通过使用振动传感器测量变速器的振动情况，可以判断是否存在齿轮故障。

如果变速器振动明显增加或变得不规律，则可能是齿轮故障导致的。

汽车变速器齿轮故障诊断方法主要包括声音诊断、振动诊断、温度诊断、油液分析诊断和载荷分析诊断等。

这些方法各有优劣，可以互相结合使用，以提高齿轮故障的诊断准确性。

齿轮啮合谐振原理

齿轮啮合谐振原理
齿轮啮合谐振原理指的是在齿轮传动系统中，当啮合处的齿数满足一定的条件时，会发生齿轮的共振现象。

具体原理如下：
1. 齿轮啮合产生的振动频率与啮合点的齿数有关。

对于正常的齿轮传动，啮合点的齿数之比可以用公式：速比=转数比=齿
数比来表示。

如果啮合点周围的齿数比接近整数或分数，那
么齿轮啮合时产生的振动频率将与整数倍或近似倍数的自然频率相接近。

2. 当啮合频率与齿轮系统的自然频率接近时，就会发生共振现象。

在共振状态下，齿轮传动系统会受到外力的作用而增加振幅，引起较大的振动。

这种振动不仅会影响传动的稳定性和精度，还会导致噪声和振动的增加，对装置的工作效果和寿命产生不利影响。

3. 防止齿轮啮合谐振的方法包括：选择合适的齿数比，避免啮合频率与自然频率接近；增加齿轮的重量或刚度，提高齿轮的固有频率，使其远离外界干扰频率；增强齿轮传动系统的阻尼，降低振动的能量传递，减小振幅；采用隔振措施，利用隔振材料或隔振装置来减缓振动的传播。

总之，齿轮啮合谐振原理是指当齿轮传动系统的啮合频率与自然频率接近时，会发生共振现象，影响传动的稳定性和精度。

为防止谐振，需选择合适的齿数比、增加齿轮的刚度、增强系统的阻尼和采用隔振措施。

齿轮故障的原因及诊断

２．１齿轮制造误差引起的故障齿轮在制造过程中不可避免
的存在误差，但我们可以采取措施将齿轮制造误差限制在允许的范围内。如果齿轮制造误差超出允许的范围，将使齿轮的振动和噪声增大。虽然这种故障不会严重影响齿轮运行，但工作情况不好。
２．２齿轮安装误差引起的故障由于箱体孔的制造误差及装
配过程中所产生的误差，直接影响齿轮副的相互位置精度，将导致变速器运转中的振动与噪声。
４．３边频带法
在噪声测试中，测得频谱图
得频率成分往往比较丰富，当齿
轮存在偏心或周节误差时，将存
在调制现象，反映在频谱图上，则
在啮合频率附近出现了许多边频。
偏心或周节误差越大，边频谱线
出现得就越多［３］。如正弦信号
ｆ（ｔ）＝Ｂｃｏｓ（２πｆｔ＋￠）ｃ
式中：ｆ（ｔ）－时间函数的信号
ｆ－载彼频率ｃ
故障诊断
ＧＵＺＨＡＮＧＺＨＥＮＤＵＡＮ
齿轮故障的原因及诊断
孔文涛许益华（兰州石化公司合成橡胶厂兰州７３００６０）
【摘要】在分析齿轮可能发生故障的原因和论述齿轮故障的基本特征及诊断方法的基础上，利用齿轮的噪声特征，采用边频带方法，对变速器齿轮进行了故障诊断。其结果表明变速器中一对常啮合齿轮中的从动轮具有偏心和磨损故障。【关键词】调制边频带噪声特性
作者简介孔文涛（１９７３ —）工程师，主要从事设备管理工作。
２．３轮齿的损伤由于齿轮制造误差、配置不
良或在不适当的条件下运转，如齿轮受多次重复载荷作用及冲击、
２００９．０３石油和化工设备４３
故障诊断
图１故障齿轮的噪声颇率特征
图２调制前频谱图

论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法

论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法齿轮啮合频率是指齿轮齿数之比乘以齿轮转速之差，它是齿轮啮合过程中产生的基本频率。

齿轮啮合频率产生的机理主要有以下几个方面：1.齿轮齿数之比：齿轮齿数之比是齿轮啮合频率的主要决定因素。

齿轮啮合频率与齿数之比成正比，齿数越多，啮合频率越高。

2.齿轮转速之差：齿轮啮合频率还与齿轮转速之差有关。

当齿轮转速之差增大时，啮合频率也会相应增加。

3.齿白度：齿轮啮合过程中，齿轮齿面的齿白度是产生啮合频率的重要因素。

如果齿轮齿面的齿白度不均匀，会引起齿轮啮合频率的变化。

齿轮故障诊断方法主要有以下几种：1.声音诊断法：通过听齿轮啮合过程中的声音，判断是否存在异常声音。

异常声音可能是因为齿轮齿面磨损、齿面接触不良等故障引起的。

2.振动诊断法：通过测量齿轮转动时的振动信号，判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会引起振动信号的变化，通过对振动信号的分析和比较，可以判断齿轮的故障类型和程度。

3.温度诊断法：通过测量齿轮表面的温度变化，来判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会导致齿轮表面的摩擦产生热量，从而引起温度的升高。

4.油液分析法：通过对齿轮箱中的润滑油进行分析，判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会导致润滑油中金属颗粒和其他杂质的含量增加，通过分析润滑油的成分和性质，可以判断故障的类型和程度。

5.振弦诊断法：通过在齿轮上安装振弦传感器，采集齿轮振动信号，并通过信号分析来判断齿轮是否存在故障。

振弦传感器可以感知齿轮振动的幅值、频率等特征，通过与正常状态下的信号进行比较，可以判断故障的类型和程度。

综上所述，齿轮啮合频率是齿轮啮合过程中产生的基本频率，其机理主要与齿轮齿数之比、齿轮转速之差以及齿白度等因素有关。

针对齿轮故障的诊断方法包括声音诊断法、振动诊断法、温度诊断法、油液分析法以及振弦诊断法等。

这些方法可以通过检测齿轮的声音、振动、温度变化以及润滑油中的杂质等特征，来判断齿轮是否存在故障以及故障的类型和程度。

齿轮故障诊断的几种具体方法,经验总结

齿轮故障诊断的几种具体方法，经验总结齿轮在运行中如果发生故障就会影响到真个设备的运行状态,要如何来发现和诊断齿轮故障呢?有四种方法——时域平均法、边频带分析、倒频谱分析、Hilbert解调法，下面我们就来了解一下。

这是齿轮时域故障诊断的一种有效的分析方法。

该方法能从混有干扰噪声的信号中提取出周期性的信号。

因为随机信号的不相关性，经多次叠加平均后便趋于零，而其中确定的周期分量仍被保留下来。

时域平均法要拾取两个信号：一个是齿轮箱的加速度信号，另一个是转轴回转一个周期的时标信号。

时标信号就经过扩展或压缩运算，使原来的周期T转换为T’，相当于被检齿轮转过一整转的周期。

这时加速度测过来的信号以周期T’截断叠加，然后进行平均。

这种平均过程实质上是在所摄取的原始信号中消除其他噪声的干扰，提取有效信号的过程。

最后，再经过光滑滤波，得到被检齿轮的有效信号。

边频带成分包含有丰富的齿轮故障信息，要提取边频带信息，在频谱分析时必须有足够高的频率分辨率。

当边频带谱线的间隔小于频率分辨率时，或谱线间隔不均匀，都会阻碍边频带分析，必要时应对感兴趣的频段进行频率细化分析（ZOOM分析），以准确测定边频带间隔。

由于边频带具有不稳定性，在实际工作环境中，尤其是几种故障并存时，边频带错综复杂，其变化规律难以用具体情况描述，但边频带的总体水平是随着故障的出现而上升的。

对于有数对齿轮啮合的齿轮箱振动的频谱图中，由于每对齿轮啮合时都将产生边频带，几个边频带交叉分布在一起，仅进行频率细化分析识别边频特征是不够的，如偏心齿轮，除了影响载荷的稳定性而导致调频振动以外，实际上还会造成不同程度的转矩的波动，同时产生调频现象，结果出现不对称的边频带，这时要对它进行分析研究，最好的方法是使用倒频谱分析。

倒频谱分析将功率谱中的谐波族变换为到频谱图中的单根谱线，其位置代表功率谱中相应谐波族（边频带）的频率间隔，可以检测出功率谱图中难以辨别的周期性，从而便于分析故障。

齿轮故障的振动诊断及案例分析

齿轮故障的振动诊断及案例分析摘要：齿轮故障通常具有相似的现象，即振动和噪声明显增加，但产生齿轮故障的原因却很难从表象作出判断。

本文从振动分析的角度阐述齿轮振动的时域与频域特征，并结合实测案例进行分析。

关键词：齿轮故障；振动特征；时域；频域；案例分析齿轮传动的常见故障有齿断裂，齿磨损，齿面疲劳（点蚀、剥落）和齿轮安装不当。

由结构和工作时受力条件决定，齿轮传动的振动信号较为复杂，故障诊断需同时进行时域与频域分析。

齿轮工作过程中的故障信号频率基本表现为两部分，一为啮合频率及其谐波（高频部分）构成的载波信号；二为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。

1.啮合频率及其谐波当轮齿进人或脱离啮合时，载荷和刚度均突然增大或减小，形成啮合冲击。

齿轮啮合频率为fm=f1•Zl=f2•Z2，当齿轮出现故障时，将引起啮合频率及其各次谐波幅值的变化。

2.幅值调制和频率调制所构成的边频带(1）幅值调制。

幅值调制相当于两个信号在时域上相乘。

假定载波信号为g(t)，调制信号为e(t)，则调制后的时域总信号为X (t) =g (t) • e (t)将上式转换到频域上，则为X(f)＝G(f) •E (f).通常幅度调制的调制频率为旋转频率。

(2）频率调制。

齿轮的转速波动，若载波信号为A sin (2пfmt+φ0），调制信号为βsin2пfmt，频率调制可表示为x (t) =A sin[2пfmt +βsin (2пf1t )＋φ0]。

频率调制不仅产生围绕啮合频率fm的一族边频带，而且在相位信号中产生一个正弦波。

通常频率调制的频率为分度不均匀齿轮的转频。

实际上，齿轮故障中调幅与调频现象可能同时存在，因而在频谱上得到调幅与调频综合影响下形成的边频带。

3．由齿轮转频的低次谐波构成的附加脉冲齿轮的低频故障（不平衡、不对中等）也会对齿轮振动时域波形产生影响，但不会在齿轮频率两侧产生边频带。

4．由齿轮加工误差形成的隐含成分。

该成分的振动通常由加工机床分度齿轮误差造成，它对齿轮的整体运行影响很小。

论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法

、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法一、齿轮啮合频率的机理由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮合，啮合区的大小则由重叠系数&决定。

因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，引起齿轮的振动•这两者形成了啮合频率fz及其谐波Nfz，其计算式为nZ f z60式中Z 齿轮的齿数；n轴的转速，「/min 。

nZ60式中N —自然数，1 , 2 , 3 ,……。

N=1称为基波，即啮合频率；N = 2 , 3 ,……时，称为二次，三次…谐波。

啮合频率fz及其谐波Nfz的频谱特点:①初始状态，啮合颇率的幅值最高，各次谐波的幅值依次减小（图1的实线部分）;②随着齿轮磨损的增加，渐开线齿廓逐渐受到破坏，使齿轮振动加剧，此时啮合频率及其各次谐波的幅值逐渐增大，而且各次谐波幅值的增加比啮合频率快得多（图中虚线所示）;③磨损严重时，二次谐波幅值超过啮合频率幅值。

由频谱图上啮合频率及其谐波幅值的增量可判断出齿轮的磨损程度。

啮合频率分析：（1 ）负载和啮合刚度的周期性变化负载和啮合刚度的变化可用两点来说明：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。

如渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。

显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理单齿啮合时，载荷由一个齿承担，此时齿轮的啮合刚度较小。

从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的负载和啮合刚度就变化一次，所以齿轮的负载和啮合刚度周期性变化的频率与齿轮旋转频率成整数倍关系。

（2 ）节线冲击的周期性变化齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动，又有相对滑动。

主动轮带动从动轮旋转时，主动轮上的啮合点从齿根移向齿顶，啮合半径逐渐增大，速度渐次增高；而从动轮上的啮合点是由齿顶移向齿根，啮合半径逐渐减小，速度渐次降低。

齿轮故障诊断标准探讨

齿轮故障诊断标准探讨摘要：齿轮的简易诊断，主要是通过振动与噪声分析法进行的，包括声音诊断法、振动诊断法以及冲击脉冲法（SPM法）等。

进行简易诊断的目的，是迅速判别齿轮是处于正常工作状态还是异常工作状态奋对处。

于异常工作状态的齿轮进行精密诊断分析或采取其它措施。

关键词：齿轮故障诊断诊断标准齿轮在机械加工中经常用到，随着时间的积累，齿轮会产生失效，因此对齿轮的故障做出一些诊断标准是很有必要的。

列举一些诊断方法。

一、振平诊断法振平诊断法是利用齿轮的振动强度来判别齿轮是否处于正常工作状态的诊断方法。

根据判定指标和标准不同，又可分为两种方法，即绝对值判定法和相对值判定法。

1、绝对值判定法利用在齿轮箱同一测点测得的振幅值直接作为评价运行状态的指标，采用这种判定标准进行判定称为绝对值判定法。

用绝对值判定法进行齿轮状态识别，必须制订相应的绝对值判定标准，以使不同的振动强度对应不同的工作状态。

制订齿轮绝对判定标准的依据是：1)对异常振动现象的研究。

2)根据实验对振动现象所做的分析。

3)对测得数据的统计评价。

4)参考国内外的有关文献和标准。

实际上，并不存在可适用于一切齿轮的绝对值判定标准，当齿轮的大小、类型等不同时，其判定标准自然也是不同的。

对于频率在1000Hz以下的振动，表示安装齿轮轴的振动范围；对于1000Hz以上的振动，表示安装齿轮轴的轴承座的振动。

图2是按振动速度诊断齿轮异常的判定标准的例子。

2、相对值判定法一在实际中，对于尚未制订出绝对值判定标准的齿轮，可以充分利用现场测量的统计资料，制订适当的相对判定标准，采用这种标准进行判定称为相对值判定法。

相对判定标准要求，将在齿轮箱同一部位测点在不同时刻测得的振幅与正常状态下的振幅相比较，当测量值和正常值相比达到一定程度时，判定为某一状态。

比如，当相对值判定标准规定实际值达到正常值的2倍时要引起注意，达到4倍时则表示危险等。

二、判定参数法判定参数法是利用齿轮振动的速度信号或加速度信号来计算出某一特征量，根据其大小来判定齿轮所处工作状态的方法。

简析机械齿轮故障的机理及其特性

简析机械齿轮故障的机理及其特性近几年来，我国的市场经济日益繁荣，科学技术水平不断提升，机械制造行业也进入了快速发展阶段。

在进行机械制造时，机械齿轮是重要的元件，如果齿轮出现了故障，就会影响机械制造的效率和水平，阻碍机械制造行业的可持续发展。

齿轮在出现故障时会发生振动，振动的频率不同，齿轮故障类型也不同，为了对齿轮故障进行精确分析，采用科学的应对举措，了解机械齿轮故障机理及其特性势在必行。

1 齿轮出现故障后的常见表现1.1 齿面破损在机械制造的过程中，会出现齿面破损的问题。

在机械制造的过程中，为了提高工作效率，加速齿轮运转，经常要应用润滑油等对齿轮进行润泽。

一些润滑油的质量较差，里面存在大量的污浊物体，当对齿轮添加润滑油时，润滑油中的污浊物体会进入到齿轮之中，加大齿轮之间的缝隙，导致齿面发生磨损，如果齿轮处在高速运转的状态下，润滑油中的污浊物甚至会导致齿轮的断裂。

1.2 齿面划痕在机械制造的过程中，会出现齿面划痕的问题。

在齿轮工作的过程中，轮齿会高速运转，而高速运转会产生大量的热量。

在齿轮的表面附着一层润滑油，一些润滑油对温度的敏感度比较高，当热量较多，温度较高时，齿轮表面润滑油的油膜会出现破裂的情况。

当油膜破裂之后，齿轮的两个齿面会粘结在一起，如果没有对齿面进行分离，齿面的划痕将持续加深，外部摩擦力将持续加大，阻碍齿轮的正常应用。

1.3 齿面剥落在机械制造的过程中，会出现齿面剥落的问题。

齿轮在应用过程中会呈现出不同的运动状态：第一种运动状态是滚动状态；第二种运动状态是滑动状态，摩擦力的方向不同，齿轮的运动方向也不尽相同。

当节点两侧摩擦力的作用方向相反，齿轮运动会受到一个水平的推力，齿面的两侧会出现不同的脉动情况，当脉动值超过齿面的预应力，就会使齿轮材料陷入疲乏状态，出现纵向裂纹和横向裂纹。

如果此时没有将齿轮换下，继续应用齿轮，就会扩大裂纹的纵深面积和水平扩散面，形成金属剥落结构。

在齿轮表面，经常可以看到金属脱落，出现坑洼的现象，这一现象就被称为齿面点蚀，如果点蚀的面积持续扩大，连成了一片，齿轮的表面材料就会发生整体脱落。

论述齿轮故障诊断常用的方法及其优缺点

论述齿轮故障诊断常用的方法及其优缺点齿轮是一种常用的传动元件，广泛应用于机械设备中。

传动系统中齿轮的故障对设备的运行造成严重影响，因此及早发现并进行故障诊断十分重要。

目前常用的齿轮故障诊断方法包括声发射技术、振动分析技术、热像技术和油液分析技术等。

声发射技术是一种将振动信号转化为声音信号进行故障诊断的方法。

通过设备表面安装传感器，实时监测设备的声音信号，并通过分析频谱、振幅等参数判断齿轮的故障情况。

声发射技术具有实时性强、便于实施的优点，能够及时发现齿轮故障并进行修复。

然而，该方法需要设备运行时进行监测，容易受到环境噪声的干扰，准确度还受到传感器安装位置的影响。

振动分析技术是一种通过监测设备振动信号进行故障诊断的方法。

通过安装加速度传感器等设备来实时监测设备的振动情况，并通过分析振动信号的频谱、时间域参数等来判断齿轮的故障情况。

振动分析技术具有灵敏度高、准确度好的优点，可以有效诊断齿轮故障。

但是，该方法需要专业的设备和人员进行操作，成本较高并且需要较长的时间进行数据采集和分析。

热像技术是一种通过监测设备表面温度分布进行故障诊断的方法。

通过红外热像仪等设备进行拍摄和分析设备表面的热图，判断设备是否存在异常温度分布，从而判断齿轮的故障情况。

热像技术具有快速、直观的优点，可以实时监测设备的热情况，识别齿轮的故障。

然而，热像技术容易受到环境温度的干扰，而且只能发现故障的存在，无法提供具体故障原因。

油液分析技术是一种通过监测设备工作油液中的杂质、磨粒等物质进行故障诊断的方法。

通过采集设备工作油液样本，并通过分析油液中的化学成分、颗粒物大小等参数来判断齿轮的磨损情况。

油液分析技术具有精确度高、可以提前预警的优点，能够实时监测设备的磨损状态。

但是，该方法需要专业设备和人员进行操作，需要对样本进行准确采集和分析。

综上所述，齿轮故障诊断的常用方法包括声发射技术、振动分析技术、热像技术和油液分析技术等。

每种方法都有其独特的优点和局限性。

齿轮故障诊断的理论问题与实践

齿轮故障诊断的理论问题与实践齿轮故障诊断是一门重要的工程科学，它与运转平稳以及精确控制有着密切的关系。

在实际的工程运行过程中，齿轮的故障诊断一直是传动系统的重要问题之一，它不仅关系到运转的安全、可靠性和经济性，同时也关系着传动系统的维护和保养。

而对齿轮故障诊断的理论研究和实践技术的提高，将会增强传动系统的可靠性和安全性，有效的支持传动系统的各种应用，并且缩短故障的维修和恢复时间，从而节省相关的经费。

一、齿轮故障诊断的理论原理齿轮故障诊断是基于一系列理论原理的解决方法，而这些理论原理来源于精密机械科学和工程力学原理，主要包括振动分析、声学频谱分析、强迫振动和历元变换等。

振动分析是通过获取、分析振动信号，从而分析出齿轮故障的有效方法。

声学频谱分析是分析齿轮故障特征频率所含的关键原理，通过它可以判断出故障类型和存在位置，以期提高故障诊断的准确性。

强迫振动分析是通过模拟齿轮故障的不同频率变化，来得出其响应的变化情况，从而推断出齿轮故障的存在。

最后，历元变换是通过对齿轮故障信号的分析，以及比较信号的形状和特性，来辨别故障的存在。

二、齿轮故障诊断的实践应用在实际的齿轮故障诊断中，主要分为两大方面：离线和在线检测。

离线检测主要用于对已经停止运转的设备进行检测，采用拆卸、组装等方式，测量检测参数，根据检测结果进行维修，此时需要维护人员具备一定的技术和经验水平。

而在线检测则采用自动化的方式，通过振动测量、温度测量等方式检测齿轮故障，这种检测方式准确、安全、简便，且可以实现实时监控。

通过相应的设备，它可以实时诊断传动系统运行时的振动和温度情况，从而预警传动系统可能出现的故障，从而减少故障维修的时间和经费。

三、齿轮故障诊断技术的发展趋势随着计算机技术的发展和先进的测量仪器的出现，齿轮故障诊断的技术也将会得到显著的改善。

计算机技术的应用可以提高检测的准确性，将数据准确存储和分析，从而更好的发现齿轮故障；而先进的测量仪器，则可以提供更为详细的测量数据，从而准确诊断齿轮故障。

汽车变速器齿轮故障诊断方法探讨

汽车变速器齿轮故障诊断方法探讨齿轮是汽车变速器中的重要部件，其质量和运行状态直接影响到变速器的性能和寿命。

齿轮故障诊断是汽车维修中的重要环节，它可以通过分析齿轮工作过程中的振动、噪声、热量等参数，找出齿轮故障的位置、类型和原因，为维修提供重要的依据和指导。

本文通过对齿轮故障的分析和实践经验总结，提出了一些常用的齿轮故障诊断方法供参考。

一、齿轮故障的类型和原因齿轮故障主要有磨损、断裂、齿面裂纹、变形等几种类型，具体表现为：1.磨损：主要是因为齿轮长时间工作磨损而导致的，其表现为齿面粘着、齿面磨损、齿宽缩小等。

2.断裂：主要是因为齿轮在工作中受到了过大的应力而导致的，其表现为齿轮齿面裂纹和齿轮齿根裂纹。

3.齿面裂纹：主要是因为齿轮材料的松散、钢材缺陷、热处理不当等原因导致的，其表现为齿面上有明显的微小裂纹。

上述齿轮故障的原因主要有以下几点：1.设计与加工不良：齿轮设计的不合理、加工质量差、表面质量差等都会导致齿轮故障。

2.缺乏维护：由于常规保养不到位或者规律性检查不到位，时间一长会导致齿轮故障。

3.使用过度：齿轮长时间高速运转或超过设计负载时，易导致齿轮故障。

4.使用环境恶劣：如使用在腐蚀性或高温高压、重载重磨损等环境下，也会导致齿轮故障。

1.齿轮振动检测法齿轮振动检测法是一种常用的齿轮故障诊断方法，其原理是通过对齿轮工作时振动信号的分析，找出齿轮故障的类型和位置。

其具体操作流程为：（1）安装加速度传感器：将加速度传感器安装在齿轮箱顶盖等位置，使其可以有效地接收到齿轮旋转时产生的振动信号。

（2）检测齿轮振动：对齿轮进行旋转，并记录下齿轮旋转时产生的振动信号。

（3）信号分析：通过对齿轮振动信号进行频谱分析、时域分析、幅值分析等，判断齿轮故障的类型和位置。

2.齿轮声谱分析法（1）测量齿轮表面温度：使用红外仪等温度测量仪器，测量齿轮表面的温度值。

（1）获取样品：从齿轮箱中取得一定量的润滑油样品。

（2）分析润滑油：通过对润滑油样品进行粘度、酸值、闪点等参数的分析，找出其中是否存在金属颗粒、碎屑等异常物质，并对其进行形态和化学成分的分析。

论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法

一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法一、齿轮啮合频率的机理由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮合，啮合区的大小则由重叠系数ε决定。

因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，引起齿轮的振动.这两者形成了啮合频率fz 及其谐波Nfz ，其计算式为:60z nZf =式中 Z ——齿轮的齿数；n ——轴的转速，/min r 。

60z nZNf N =⋅式中N —自然数，1，2，3，……。

N=1称为基波，即啮合频率；N = 2，3，……时，称为二次，三次…谐波。

啮合频率fz 及其谐波Nfz 的频谱特点：①初始状态，啮合颇率的幅值最高，各次谐波的幅值依次减小(图1的实线部分)；②随着齿轮磨损的增加，渐开线齿廓逐渐受到破坏，使齿轮振动加剧，此时啮合频率及其各次谐波的幅值逐渐增大，而且各次谐波幅值的增加比啮合频率快得多(图中虚线所示)； ③磨损严重时，二次谐波幅值超过啮合频率幅值。

图1 啮合频率及其谐波图2 严重磨损时的啮合频率及其二次谐波由频谱图上啮合频率及其谐波幅值的增量可判断出齿轮的磨损程度。

啮合频率分析：（1）负载和啮合刚度的周期性变化负载和啮合刚度的变化可用两点来说明：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。

如渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。

（2）节线冲击的周期性变化齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动，又有相对滑动。

齿轮故障诊断技术

时域同步平均法
齿轮在几种状态下的时域平均信号（a）正常齿轮（b）齿轮安装对中不良（c）齿面严重磨损（d）齿面局部剥落或断齿
5.2细化谱分析法
齿轮的振动频谱图包含着丰富的信息，不同的齿轮故障具有不同的振动特征，其相应的谱线也会发生特定的变化。由于齿轮故障在频谱图上反映出的边频带比较多，因此进行频谱分析时必须有足够的频率分辨率。当边频带的间隔（故障频率）小于分辨率时，就分析不出齿轮的故障，此时可采用频率细化分析技术提高分辨率。
旋转一周，故障点产生一次冲击）； 0 将上式展开可得：
x(t ) A sin( 2f m t 0 )
——初相角。
AB AB sin[ 2 ( f m f r )t 0 ] sin[ 2 ( f m f r )t 0 ] 2 2
（a）载波信号（b）调制信号（c）幅值调制后的信号
（1）局部性缺陷：发生断齿或大的剥落等，当啮合点进入到缺陷处，齿轮就产生一个冲击脉冲。由于脉冲信号可以分解为许多正弦分量之和，因此在频谱上形成以啮合频率为中心的一系列边频。其特点是边频数量较多，幅值较低，分布比较均匀平坦。
(2) 均布缺陷是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。因此，它在频域中表现为在啮合频率两边产生了一簇幅值较高、起伏较大、分布较窄的边频带。
5.1时域同步平均分析法
信号同步平均的原理是按齿轮每转一周按脉冲的周期间隔截取信号，然后进行分段叠加处理，以消除随机信号和其它非周期信号的干扰影响。这种方法可以有效降低其他部件和振动源对于信号的影响，提高信噪比。
在测取齿轮振动信号的同时也测取齿轮的转速脉冲信号，脉冲的间隔时间作为齿轮每转的时标。用该脉冲信号去触发A/D转换器工作，从而保证齿轮按旋转周期截取信号，并且每段信号的起始点对应于齿轮的某一角位置。然后再把每段信号进行平均处理和光滑化滤波，最后得到的有效信号中仅保留了周期成分，其它噪声将被逐渐除去。

机械故障诊断之齿轮故障分析

机械故障诊断—齿轮故障诊断及分析[摘要]本文介绍了齿轮的几种典型故障的特征及诊断方法。

在齿轮故障诊断过程中，应用振动诊断方法可以解决齿轮的绝大部分问题。

引言随着科学技术的不断进步，机械设备向着高性能、高效率、高柔性化和高可靠性的方向发展。

齿轮由于具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，是改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是传动机械设备的一个重要组成部分，也是易于故障发生的一个部件，其运行状态对整机的工作性能会有很大的影响。

在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。

而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和故障必然引起机械振动状态发生变化。

因此，在齿轮传动系统的所测振动信号中，包含有它的健康状态信息或故障与无故障信息，我们通过监测和分析振动信号自然就可以诊断齿轮和齿轮传动系统的故障。

一、关于齿轮工作过程中引起振动的振源在齿轮的传动啮合过程中，影响齿轮产生振动的原因很多，有大周期的误差也有小周期的误差。

产生大周期振动的因素主要是齿轮加工过程中的运动偏心和几何偏心以及安装中的对中不良；产生小周期振动的因素主要有齿轮加工中的主轴回转误差，啮合刚度的变化，齿轮啮入、啮出冲击，以及在运行过程中产生的断齿、齿根疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、严重胶合等等。

其中啮合刚度的周期性变化是齿轮系统振动的重要激振源之一。

它的周期性变化主要由以下两个原因所致：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一齿轮的刚度发生了变化；二是参加啮合的齿数在变化。

如图1所示，在啮合开始时(A点)，主动轮齿1在齿根处啮合，弹性变形较小；被动齿轮2在齿顶处啮合，弹性变形大，而在啮合终止时(D点)，情况则相反。

设齿副I的啮合刚度为k1，齿副П的啮合刚度为k2，则总的啮合刚度为k=k1+k2。

由图1可以看出总的啮合刚度随着从单啮合区到双啮合区而作周期性的变化。

故障诊断论文

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：设备状态监测与故障诊断教师：XXX姓名：XX 学号：2012070XXXX 专业：机械电子工程类别：学术上课时间：2013 年5月至2013 年6月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制一、齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法 (1)1、齿轮啮合频率产生的机理 (1)2、齿轮故障诊断方法 (2)2.1 细化谱分析法 (2)2.2 小波分析法 (3)2.3 倒频谱分析法 (4)参考文献 (5)二、滚动轴承故障的特征频率推导计算 (6)参考文献 (8)三、风力发电机在线监测与故障诊断系统 (9)1、测点布置及监测信号的选择 (9)2、风力发电机在线监测系统构成 (10)2.1 硬件结构组成及其功能 (11)2.2 软件结构组成及其功能 (12)3、结论 (14)参考文献 (14)一、齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法1、齿轮啮合频率产生的机理齿轮传动的特点是啮合过程中啮合点的位置和参与啮合的齿数都是周期性变化的，这就造成了齿轮轮齿的受力和刚度成周期性变化，由此而引起的振动必然含有周期性成分，反映这个周期性特征信息的就是啮合频率。

齿轮在啮合过程中，齿面既有相对滚动，又有相对滑动。

两齿轮啮合过程中，主动轮上的啮合点由齿根移向齿顶，随啮合半径逐渐增大，速度逐步增高；而从动轮上的啮合点由齿顶移向齿根，速度逐步降低。

两轮速度上的差异形成了相对滑动。

节点处，两轮速度相等，相对滑动速度为零。

在主动轮上，齿根与节点之间的啮合点速度低于从动轮上的啮合点速度，因此滑动方向向下；而在节点与齿顶之间的啮合点速度高于从动轮，滑动方向向上。

主动轮、从动轮都在节点处改变了滑动方向，也就是说，摩擦力的方向在节点处发生了改变，形成了节线冲击。

图1 齿轮啮合传动图齿轮啮合过程中，除了啮合点位置变化引起的节线冲击外，更为重要的是由于参与啮合的齿数变化而引起的啮合冲击。

浅析齿轮故障振动诊断技术

浅析齿轮故障振动诊断技术7-3 齿轮故障振动诊断技术7.3.1 概述齿轮传动在机械设备中应用很广，齿轮损伤是导致设备故障的重要原因，据统计在齿轮箱中齿轮损坏的百分比最大，约占60%。

同时齿轮损伤造成的后果也十分严重，因此开展齿轮状态监测与故障诊断具有重大的实际意义。

一、齿轮常见故障传动齿轮常见的故障按产生的原因划分有下列几种。

（1）齿面磨料磨损润滑油不清洁、磨损产物与外部的硬颗粒侵入接触齿面都会在齿面滑动方向产生彼此独立的划痕，使齿廓改变，侧隙增大，甚至使齿厚过度减薄，导致断齿。

（2）齿面粘着磨损重载、高速传动齿轮的齿面工作区温度很高，如润滑不好，齿面间油膜破坏，一个齿面上的金属会熔焊在另一个齿面上，在齿面滑动方向可看到高低不平的沟槽，使齿轮不能正常工作。

（3）齿面疲劳磨损疲劳磨损是由于材料疲劳引起，当齿面的接触应力超过材料同意的疲劳极限时，在表面层将产生疲劳裂纹，裂纹逐步扩展，就要使齿面金属小块断裂脱落，形成点蚀。

严重时点蚀扩大连成一片，形成整块金属剥落，使齿轮不能正常工作，甚至使轮齿折断。

（4）轮齿断裂轮齿如同悬臂梁，根部应力最大，且有应力集中，在变载荷作用下应力值超过疲劳极限时，根部要产生疲劳裂纹，裂纹逐步扩大就要产生疲劳断裂。

轮齿工作时由于严重过载或者速度急剧变化受到冲击载荷作用，齿根危险截面的应力值超过极限就要产生过载断裂。

传动齿轮的常见故障按分布特征划分有下列两种。

（1）分布故障齿轮损伤分布在所有轮齿的齿面上，如磨料磨损等。

（2）局部故障齿轮损伤只在一个或者几个轮齿上，如剥落、断齿等。

二、齿轮监测诊断方法监测诊断齿轮工作状态的方法大体分两大类：第一类是采集运行中的动态信息（通常是振动或者噪声）根据它们的变化进行诊断；第二类是对润滑油进行分析，根据油中磨损产物的状况进行诊断。

在这里只介绍根据振动信号监测诊断齿轮状态的方法。

齿轮振动监测时，由于实际上的种种困难，通常都把传感器布置在齿轮箱的轴承盖上或者轴承座邻近刚性好的部位，因此传感器的输出不仅有被监测齿轮特定周期的振动信息，还有许多其它齿轮等零件的周期振动信息与随机振动信息，而且被监测齿轮的振动信息由于传递环节多，缺失还很大（特别是高频成分）。