齿轮的固有频率振动 (DEMO)
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齿轮故障的振动诊断及案例分析振动案例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入或脱离啮合时，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F m=f1·z1=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Asin(2∏f m t+Φ0)，调制信号为βsin2∏f m t；频率调制可表示为X(t)=Asin[2∏f m t+βsin(2∏f r t)+ Φ0] 频率调制不仅产生围绕啮合频率f m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。
以下是一个齿轮故障的案例分析。
1、某采油平台原油外输泵 '螺杆泵) 传动齿轮局部断齿（1）设备形式及参数% 电机驱动直联双螺杆泵，螺杆之间以同步齿轮传动，齿轮齿数 Z=67，电机转速 ,n=995r/min（16.57HZ）（2）故障现象泵的非驱动端（同步齿轮安装在此侧) 振动速度值增加，图 1图2是时域波形及频谱图。
齿轮振动的原因
齿轮振动的原因一、引言齿轮作为常见的传动元件，在机械领域中应用广泛。
然而，在使用过程中，我们常常会遇到齿轮振动的问题。
齿轮振动不仅会影响机械传动的精度和稳定性，还会加速设备磨损，甚至导致故障。
因此，深入了解齿轮振动的原因对于提高机械传动系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
二、齿轮振动的定义齿轮振动是指在齿轮传动过程中出现的周期性运动。
这种运动通常表现为齿面间隙变化或者是整个齿轮系统产生共振等情况。
三、齿面间隙变化引起的振动1. 非均匀载荷分布在实际工作中，由于加工误差、装配误差等原因，很难做到完全均匀的载荷分布。
当负载不均匀时，就会导致某些牙面承受较大负荷而产生弹性变形，从而使得相邻牙面之间产生间隙变化。
2. 齿轮变形齿轮在传递负载时会产生变形，从而使得齿面间隙发生变化。
特别是在高速、大负荷的工作条件下，齿轮变形更加明显。
3. 润滑不良润滑不良会使得齿面磨损加剧，从而使得齿面间隙发生变化。
特别是在高温、高速等恶劣工况下，润滑不良更加明显。
4. 齿轮磨损当齿轮磨损严重时，会导致牙形减小、牙距增大等现象，从而使得齿面间隙发生变化。
四、共振引起的振动1. 频率匹配当机械系统中某个部件的固有频率与外界激励频率匹配时，就会出现共振现象。
对于齿轮传动系统来说，当其固有频率与外界激励频率相等时，就会出现共振现象。
2. 质量不平衡机械系统中部件的质量分布不均匀也会导致共振。
在齿轮传动系统中，如果齿轮的质量分布不均匀，就会导致共振现象。
3. 刚度不足机械系统中各部件的刚度不足也会导致共振。
对于齿轮传动系统来说，如果齿轮的刚度不足，就会导致共振现象。
五、结论齿轮振动是机械传动中常见的问题，其原因主要包括齿面间隙变化和共振两个方面。
在实际工作中，我们需要通过合理的设计、加工、装配以及润滑等手段来降低齿面间隙变化和共振现象，从而提高机械传动系统的可靠性和稳定性。
齿轮系统的噪声与振动控制
齿轮系统的噪声与振动控制齿轮系统作为一种常见的机械传动装置，在工业生产中得到了广泛应用。
然而，齿轮系统的运转往往伴随着噪声和振动问题，给工作环境带来一定的不适和安全隐患。
因此，对齿轮系统的噪声和振动进行控制，是一项重要的工程任务。
首先，我们来了解一下齿轮系统噪声和振动的产生原因。
齿轮系统的运转产生的主要噪声来自于以下几个方面：齿轮啮合时产生的冲击声，齿轮齿面的摩擦声以及齿轮系统内部部件的共振声。
其中，冲击声是最主要的噪声源，它由于齿轮齿面的不完全啮合而产生，会造成较大的噪声和振动。
齿轮系统的振动主要来自于齿轮自身的不平衡、摆动和振荡，以及齿轮系统内部结构的松动和失稳。
为了控制齿轮系统的噪声和振动，我们可以从以下几个方面入手。
首先，改善齿轮齿面的啮合状况。
齿轮齿面的不完全啮合是导致冲击声的主要原因，因此减小齿轮齿面的啮合间隙是一个有效的控制手段。
可以采用精密加工工艺，提高齿轮齿面的加工精度，从而减小啮合间隙，降低冲击声的产生。
此外，还可以采用齿轮模型优化设计的方法，在减小齿轮齿面啮合间隙的同时，保持足够的传动效率和承载能力。
其次，优化齿轮系统的结构和布局。
齿轮系统的结构和布局对噪声和振动的控制有着重要的影响。
合理设计齿轮系统的布局，减小相邻齿轮的传动误差和相位差，可以有效降低齿轮系统的振动。
此外，还可以采用隔振和降噪材料对齿轮箱进行包裹，从而吸收和隔离噪声和振动的传播。
再次，加强齿轮系统的润滑和降噪措施。
良好的润滑能够减小齿轮齿面的摩擦和磨损，降低噪声的产生。
可以采用高性能的润滑油，选择适当的润滑方式，如油浸润滑、喷射润滑和油雾润滑等，提高齿轮系统的润滑效果。
另外，通过加装降噪设备，如降噪罩、降噪挂钩等，可以有效降低齿轮系统的噪声和振动。
最后，进行齿轮系统的动态监测和故障诊断。
齿轮系统的噪声和振动问题常常与部件的损坏和故障相关。
通过采集齿轮系统的振动信号和声音信号，结合合适的信号处理和诊断算法，可以实现对齿轮系统的动态监测和故障诊断。
齿轮振动故障诊断与分析
机械监测与诊断技术论文齿轮震动故障诊断与分析学院：机械与动力学院姓名：**学号：**********2015年11月4号齿轮振动故障诊断与分析一．齿轮典型故障介绍(1)磨损磨损包括磨粒磨损、腐蚀磨损和冲击磨损，磨粒磨损是常见的磨损形式，一般是由于齿的工作表面进入了金属微粒、尘埃和沙粒等所引起的齿面擦伤或者齿面材料脱落，是润滑不好的开式传动齿轮的主要故障类型。
齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廓变形，侧隙变大，会造成齿轮动载荷增大，不仅会使振动和噪音加大，而且很可能导致断齿。
磨损故障大概占齿轮常见故障比例的10%。
(2)点蚀点蚀是减速箱等闭式齿轮传动系统中极其普遍的故障类型，约占齿轮常见故障比例的31%。
齿轮受啮合过程产生的循环交变应力会在表面产生微小疲劳裂纹，啮合时润滑油进入该裂纹中后被封口并受挤压产生高压，从而扩大了裂纹，最终导致齿轮表面金属的脱落形成麻点状小坑，这就是点蚀。
在齿轮表面硬度低于350HBS的闭式齿轮上，点蚀现象尤为常见。
点蚀的出现会加大齿轮表面的局部接触应力，导致点蚀现象的恶化，进而加剧齿轮啮合时的噪声、降低齿轮传动的精度。
(3)断齿断齿在齿轮故障类型中是最容易发生的，占齿轮常见故障比例的41%。
断齿故障有过载断齿、疲劳断齿和缺陷断齿三种，这里面又以疲劳断齿最为常见，它是由于齿轮工作受到周期性载荷，弯曲应力超过弯曲疲劳极限而在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹渐渐扩大，当载荷的循环次数达到一定值时，就会致使轮齿折断。
断齿是所有齿轮故障中最严重的类型，经常会导致停工停产。
(4)胶合齿轮润滑良好时齿面间会保持一层润滑油膜作用，但是当载荷较大、齿面间压力大、工作转速高、工作表面温度较高时，润滑油膜被破坏，使金属齿面直接接触，相接触的金属材料在高温高压作用下发生粘着，相粘连的齿面由于相对滑动而被撕裂，在相对滑动方向形成划痕。
齿面的胶合故障，会加剧齿面的磨损程度和速度，从而使齿轮更加快速地失效。
这种故障类型占齿轮常见故障比例的10%。
齿轮的振动测量与简易诊断1齿轮的振动测量
选择
根据实际需求和条件选择合适的测量方法，如精度要求高、 条件允许可选择直接测量法；仅需大致了解振动状态可选择 间接测量法；特殊环境下可选择非接触测量法。
03
齿轮振动测量设备与工具
振动传感器
振动传感器是用于测量齿 轮振动的主要设备，它能 够将机械振动转换为电信 号，以便进一步处理和分 析。
常见的振动传感器类型包 括电涡流式、压电式和电 容式等，每种类型都有其 特定的适用范围和优缺点 。
断齿
振动信号中会出现频率成 分单一、幅值较大的冲击 信号。
齿隙过大
振动信号中会出现频率较 低、幅值较大的周期性信 号。
弯曲或扭转变形
振动信号中会出现频率和 幅值均有所变化的非周期 性信号。
简易诊断技术的优缺点
优点
操作简便、成本低廉、实时性强。
缺点
精度较低、可靠性有待提高、对操作人员经验要求较高。
06
提高生产效率
通过振动测量，可以优化 齿轮的设计和制造过程， 提高齿轮的效率和寿命，
从而提高生产效率。
振动测量技术的发展历程
起步阶段
早期的振动测量技术主要依赖于模拟信号处理和人工分析 ，测量精度和效率较低。
发展阶段
随着数字技术和计算机技术的不断发展，振动测量技术逐 渐实现了数字化和自动化，提高了测量精度和效率。
齿轮振动测量与诊断案例分析
案例一：齿轮箱振动异常的诊断
总结词
通过振动测量技术，发现齿轮箱振动异常，分析原因并采取相应措施。
详细描述
齿轮箱在运行过程中出现异常振动，通过振动测量仪器检测到振动幅值和频率异 常。经过分析，发现齿轮啮合不良、轴承损坏等原因导致振动异常。采取更换轴 承、调整齿轮间隙等措施后，振动问题得到解决。
齿轮主要振动故障特征及实测频谱案例
齿轮主要振动故障特征及实测频谱案例一、齿轮故障的频谱特征1、齿的磨损、过载齿轮的均匀性磨损、齿轮载荷过大等原因引起的故障，都会在轮齿之间产生很高的冲击力，此时会产生以啮合频率的谐波频率为载波的频率，其中啮合频率的幅值相对正常状态将明显增大，但在啮合频率及其谐波周围不产生边频带。
随着齿轮磨损劣化，啮合频率及谐波幅值会继续增长。
2、断齿、齿面剥落等属于齿轮集中缺陷的局部性故障，在齿轮运行至缺陷部位时，会激发瞬时的冲击，产生一个高幅值的波峰。
此时，啮合频率将受到旋转频率的调制，在啮合频率其及谐波两侧产生一系列的边频带，其频谱特点是边频带数量多、范围广、分布均匀且较为平坦。
随着此类缺陷的扩大，边频带在宽度范围及幅值上也会增大。
3、点蚀、胶合点蚀、胶合等分布比较均匀的缺陷，同样也将产生周期性冲击脉冲和调幅、调频现象。
但是，与断齿等局部性故障不同的是，由于点蚀、胶合都属于浅表缺陷，在齿轮啮合时不会激发瞬态冲击，因此在啮合频率及其谐波两侧分布的边频带阶数少且集中，其频谱特点是边频带数量分布范围窄、幅值起伏变化大。
二、诊断实例对某减速箱的例行巡检过程中发现，该齿轮箱存在周期约为0.5s 的振动冲击，但减速箱本身振动值没有明显变化。
该减速箱为核心设备，一旦该设备出现问题停运，整条生产线将被迫停车，造成巨大的经济损失。
鉴于现场减速箱无明显振动，通过听棒听诊及振动检测等常规方式均无法判断出振动冲击的部位及形成原因，故对该减速箱进行现场振动信号采集和诊断。
查看频谱图，明显存在第三轴和第四轴四级啮合频率(28.15Hz )，且振动能量的缓慢增加，说明磨损在缓慢增长。
随着状态恶化，振动值缓慢增长，三级与四级啮合频率幅值增长明显，同时啮合频率周围开始产生以第三轴转频(2.01Hz )为间隔的边频，而且边频带体现的特征为数量多、范围广(24~60Hz )、分布均匀且较为平坦，如下图所示。
通过时域波形图可以发现，时域信号明显存在着周期约为0。
工频特征频率故障分析 (DEMO)
4、 转子连续摩擦：有高频特征、时域波形有削波现象，相位有变化一般不超过
10º。
5、 设备基础松动：相位极不稳定。
6、 装配变形残余应力：因“管道力”及基础变形等引起的“动态不对中”激发
出转子的一阶自振频率分量。
区别的方法：
1) 造成径向振动工频幅值大的故障有：不平衡、轴弯曲、机械松动及机械共振。
首先在检测不平衡之前应排出其它故障。
受压应力时，裂纹处于闭合状态，轴的刚度略小于无裂纹时，裂纹对转子的振动 特性基本没有影响。当裂纹区转轴受交变压力时，裂纹周期性时闭时开，对振动 的影响比较复杂。出现横向疲劳裂纹时，轴的刚度呈各向异性，振动带有非线性 性质。一倍频和二倍频分量随时间逐渐增大，特别是二倍频分量，随裂纹深度的 增大而明显增大。
转子动不平衡确认步骤
1、信号录取方法： （1）最好使用 6 通道仪器同时记录 1V、2V、1H、2H、1A、2A 振动； （2）也可以使用 2 通道仪器分别同时记录 1V、2V；1H、2H；1A、2A 振动。
2、分析 1V、2V 相位差 、分析 1H、2H 相位差： 若 1V、2V 相位差与 1H、2H 相位差接近，则可能存在动不平衡
2 x RPM
3 x RPM 低于1 x RPM
同步振动频率（交流 电线频） 2 x同步振动频率 多次谐波（与工频有 谐波关系）
高次谐波（与工频没 有谐波关系）
机械松动
不对中 油膜涡动（小于 1/2RPM）
电的问题
扭转脉冲 齿轮故障 空气动力 水力动力 机械松动 往复力 相对摩擦 轴承问题
5. 往复力 6. 电的问题 7. 松动 8. 软地脚、管子张力导致的变形 1. 如果轴向振动高，存在不对中 2. 往复力 3. 共振 4. 如果存在皮带2 x RPM，则皮带损坏 通常存在混合不对中或轴向间隙偏大（松动） 1. 驱动皮带损坏 2. 环境振动影响 3. 次谐波共振 4. 拍振 电的问题包括转子条断裂、转子偏心、相间不 平衡、转子定子间隙不均 不常见，除非有激励共振发生 1. 故障齿轮啮合频率 2. 风机叶片通过频率 3. 叶轮叶片通过频率 4. 如果存在严重松动会产生2 x、3 x、4 x或
传动齿轮箱体的振动模态分析
常山高级工程师尹逊民工程师（第七。
三研究所）摘要：齿轮传动装置是舰船的主要振动和噪声源之一，本文在建立传动齿轮箱体模态试验的理论模型和试验模型后。
采用移动锤击法采集各点的冲击数据和响应数据。
用最小二乘复指数法识别出箱体的模态参数，并与有限元计算结果进行了对比分析，证明本文所采用的研究齿轮传动箱振动模态的方法是行之有效的。
关键词：齿轮箱振动分析有限元模态试验锤击法随着科学技术的快速发展，对传动齿轮箱提出了越来越高的要求。
尤其是舰船用齿轮箱，既要传递功率大、体积小、重量轻，又要满足振动小、噪声低的苛刻要求。
齿轮箱的工作是否正常，将直接影响到舰艇的整体作战能力。
据所查的文献资料看，过去人们比较重视齿轮、轴承等部件的工作情况，在齿轮、轴承等的动静应力分析、疲劳分析、模态分析以及故障诊断等方面作了大量的工作。
这是由工程的实际情况决定的，因为对齿轮箱零件失效的统计表明，齿轮和轴承失效的比重最大，分别为６０％和１９％。
但不能因此而忽视对齿轮箱动态特性的研究。
目前，研究齿轮箱体振动模态的资料比较少见。
齿轮啮合传动中，当齿轮存在集中缺陷、分布缺陷或齿轮所在轴弯曲时，将产生转频调制啮合频率的现象。
如果轴严重弯曲或者齿轮严重故障而导致振动能量异常大时，齿轮啮合传动中的异常振动会激励起传动箱体的固有频率。
另外，齿轮箱体本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生辐射噪声的主要根源。
因此，准确识别齿轮箱体的振动模态及其特点具有重要的现实意义。
２有限元建模与模态计算２．１齿轮箱体建模作为计算对象的齿轮箱体由上、下两半箱体组成，上箱体尺寸为６８３×２８０×１８５ｒ砌，下箱体尺寸为６８３×２８０×４２０ｍｍ，主体部分为铸件，另外焊接了一些筋板等以提高强度，材料采用耽１—４６，箱体总重１６７．２ｋｇ。
上下箱体在中法兰面上用螺栓把紧。
该箱体共有三对轴承座，根据设计，选择不同的传动齿轮可以输出几种速比。
齿轮的振动测量与简易诊断
齿轮的振动测量与简易诊断一、齿轮的振动测量齿轮振动的频带很宽，而且低频和高频振动中均包含有诊断各种异常振动非常有用的信息，因此对齿轮振动的测量要求比一般机械的振动测量要高。
在对齿轮振动进行测量时，应重点注意如下几个问题：1．测点选择实际进行齿轮振动测量时，传感器的安装位置（测点）不同，所得到的测定值会有较大的差异。
因此，最好的办法是对各测点做出标记，以保证每次测定的部位不变。
另外，还应注意测定部位的表面应是光滑洁净的，避免脏物对振动传递造成衰减。
齿轮发生的异常是各种各样的，发生最大振动的方向也各不相同，因此一般应尽可能地沿水平、垂直和轴向三个方向进行测定。
2．测量参数齿轮发生的振动中，包含有固有频率、齿轮轴的旋转频率及轮齿啮合频率等成分，其频带较宽。
对这种宽带频率成分的振动进行监测与诊断时，一般情况下应将所测的振动按频带分级，然后根据不同的频率范围选择相应的测量参数。
前面已经介绍过，对于低频段进行测量时，一般选用位移传感器和振动位移参数；对于中频段进行测量时，一般选用速度型传感器和振动速度单位；对于高频段进行测量时，一般实际测量中，在同一测点位安装两种或两种以上传感器是不利的，通常在进行振动测定时选用加速度传感器，再通过积分电路转换或所需的测量参数。
3．传感器的安装方法加速度传感器可测定频率范围较宽的振动，它最终能测定的范围取决于安装方法。
关于加速度传感器的安装方法，参见相关资料。
4．测定周期定期测定是为了能够发现处于初期状态的异常，所以需要对齿轮的检测规定合适的周期。
周期太长，不利于及时发现问题；周期太短，浪费人力物力，很不经济。
比较好的办法是在设备正常时保持一定的周期，而在振动增大，达到“注意”范围内时，缩短监测周期。
二、齿轮的简易诊断方法进行简易诊断的目的是迅速判断齿轮是否处于正常工作状态，对处于异常工作状态的齿轮进一步进行精密诊断分析或采取其他措施。
当然，在许多情况下，根据对振动的简单分析，也可诊断出一些明显的故障。
齿轮箱振动信号的频域分析 (DEMO)
齿轮箱振动信号的频域分析齿轮箱传动系统振动的频谱分析法和转子、滚动轴承的频谱分析在原理上是一致的。
因为齿轮的传动产生振动，而故障缺陷也产生振动，二者结合而产生调制，这是它的特点。
这种调制有调幅和调频。
调幅现象：由于齿面载荷波动对振幅影响形成的。
例如齿轮偏心是装配、制造中不可避免的问题，偏心相当于齿轮振动受到一个脉冲调制，齿轮一转，脉冲重复一次，它的频率fe (或ωe)等于齿轮的回转频率f(或ω)，但它比齿轮的啮合频率fZ (或ωZ)要小得多，两种频率的信号互相作用而形成调制，其机理如图7．13所示。
如图7．13d所示，相当于把 e(t)的频谱E(ωe )搬到载频ωZ上。
利用上述概念，一是说明齿轮的故障信号与齿轮自身振动信号是如何作用的，二是说明可以把故障信号从检测信号分离出来。
上述原理不仅适用于像齿轮偏心的故障，也适用于可产生冲击信号的其它故障，如崩齿、齿面剥落等。
调频现象：上述调制是假定齿轮转速恒定、齿距没有误差的前提下得到的，如此二条件不能满足，啮合频率就会产生频率调制。
调频的机理也是使e(t)的频谱E(ωe )搬移，由于ωe是变动的，故搬移的频谱不再与原频谱相似。
在实际工况中，调频与调幅是同时候存在的，如果回转部件与齿轮是刚性联接，惯性越大，相对调幅而言，调频现象就不显著。
如果所检测信号的均值是时间函数，就相当于载波增加了一个附加成分。
1/2啮合频率（1）1/2啮合频率的出现是比较常见的现象，有多种原因会造成0.5倍啮合频率、1.5倍啮合频率……。
有时，正常的齿轮箱上也会看到。
（2）0.5倍啮合频率出现肯定不是齿轮油膜涡动————没有这种说法。
（3）200HZ需要确认究竟是否电气频率。
从描述看，它是0.5倍GMF的可能性大。
（4）由于两台电机都是轴向振动大，我有点怀疑电机的基础是否出了问题。
建议重点检查。
（5）根据我们的经验，球磨机的振动一般比较大，中心容易跑掉。
所以，轴系中心需要经常检查。
固有频率与啮合频率
固有频率与啮合频率固有频率与啮合频率都是机械系统中的重要参数。
它们分别指的是系统在没有外部扰动的情况下自然振动的频率和齿轮啮合时的振动频率。
本文将对这两个参数进行详细解析，以便读者更好地理解它们的意义和影响。
固有频率是指机械系统在无外部干扰的情况下，自然振动的频率。
简单地说，如果我们在机械系统上加上一个微小的移动，系统就会开始自然振动。
这个振动的频率就是系统的固有频率，通常用Hz表示。
例如，当我们摆动钟摆时，摆动的频率就是它的固有频率，也称为桥梁频率。
啮合频率则是指齿轮啮合时的振动频率。
齿轮是机械系统中常用的传动装置，啮合频率是指齿轮啮合时产生的振动频率。
在齿轮啮合过程中，由于齿轮齿形不完美或安装误差，会产生一定的振动，这些振动会引起机械系统的不稳定性和噪声。
固有频率和啮合频率在机械系统中都扮演着重要的角色。
机械系统的稳定性、振动、噪声等都与这两个参数密切相关。
如果固有频率和啮合频率之间相差过大，机械系统会出现共振现象。
共振是指机械系统中的某个固有频率与外部振动源的频率相匹配时，系统会出现更大的振动幅度和噪声，严重时会导致机械系统破坏。
因此，了解固有频率和啮合频率的特点和影响十分重要。
在机械设计中，需要尽可能地减小系统的固有频率和啮合频率之间的差距，以避免共振现象的发生。
同时，在机械系统中必须有一定的阻尼措施，以减小共振的影响。
总之，固有频率和啮合频率都是机械系统中十分重要的参数。
了解它们的特点和影响不仅能够帮助我们更好地设计和维护机械系统，还可以有效避免共振现象的发生，提高系统的稳定性和工作效率。
齿轮与齿轮箱振动噪声机理分析及控制
齿轮与齿轮箱振动噪声机理分析及控制写在前面噪声是指发声体做无规则振动时发出的声音。
声音由物体的振动产生，以波的形式在一定的介质（如固体、液体、气体）中进行传播。
一、齿轮振动的实例1齿轮轮毂的振动齿轮传递扭矩首先从轴传至轮毂，由轮毂传递到轮齿，再由主动轮轮齿传递到被动轮轮毂和轴系。
在传递过程中，由于受到轴向激励力的作用，齿轮轮毂产生轴向振动。
另外，由于啮合力的作用，轮毂也会产生横向和沿周向的振动。
2轴承及轴承座的振动齿轮系统通过轴系安置于轴承及其轴承座上，由于齿轮本体的轴向和周向振动必引起轴承支承系统的振动，相反，外界干扰力(如螺旋桨的轴承力)也可能通过轴承传递给齿轮系统。
3齿轮箱的振动齿轮的振动由轴系传到齿轮箱，激励箱体振动，从而辐射出噪声。
另外，齿轮在箱内振动的辐射声激励箱体，使箱体形成二次辐射噪声，这类噪声大部在中低频范围内。
齿轮箱体本身的振动也直接产生辐射声。
4齿轮的振动在啮合过程中，轮齿先由一点接触而扩展到线接触，或一次实现线接触，使得接触力大小、方向改变，产生机械冲击振动，从而辐射出噪声。
这类噪声呈现高频冲击的形式，其典型的齿轮振动时程曲线示于图2。
轮齿啮合时不断变化的啮合力，既激发齿轮的强烈振动，即各个轮齿的响应很大，也激发了齿轮箱箱体较弱的振动。
通常认为齿轮产生噪声的主要原因是轮齿之间的相对位移。
这类噪声源产生的噪声可以用付氏变换法把噪声表示为稳定频率的分量的集合。
图1 齿轮啮合振动及噪声传播图2 齿轮振动时程曲线二、齿轮振动噪声产生的机理1齿轮啮合激励产生的噪声齿轮的轮齿在啮合时因传动误差产生交变力，在交变力作用下产生线性及扭转响应，使齿轮产生振动辐射出噪声。
这是一种主要的噪声源，接触力变化越大，则齿轮相应的振动响应越大。
另外，齿轮的周节差产生的由复杂的或调制频率及其倍频组成的噪声，含有重复的基频(轴频)，频率很低。
由于周节差产生了不规则的脉冲序列。
这种脉冲序列包括了众多的频率成份，但还不能认为是宽带随机噪声。
齿轮故障分析 (DEMO)
齿轮故障分析一、齿轮失效机理：1.制造和装配不善造成的，如齿形误差、轮齿与内孔不同心，各部分的轴线不对中，大型齿轮的不平衡等；2.齿轮在长期运行中形成的，由于轮齿表面承受的载荷很大，两啮合齿轮之间既有相对滚动又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生了力的脉动，在长期运行中导致齿面发生点蚀、胶合、磨损、疲劳、剥落、塑性流动及齿根裂纹，甚至断齿等失效现象。
齿轮的第一类失效主要引起不平衡和啮合不良，前者使振动加剧，后者将诱发齿轮的第二类失效。
第二类失效主要是指啮合齿面上的损伤，这些损伤会造成运转时齿面间的撞击，从而产生具有一定频率特征的振动的声音；齿面产生这些损伤时，剥离的金属微粒必然进入齿轮箱的润滑油内，不同类型的损伤其微粒的形貌特征、化学成分、数量多少等方面都有所区别。
二、齿轮脱啮振动机理脱啮振动产生的基本原因是惯性作用。
惯性作用仅反映了脱啮现象产生动因，但不能说明产生脱啮振动齿轮副的内在因素。
侧隙是产生脱啮的基本条件（内因），如果没有侧隙也就不可能产生脱啮。
由于惯性力和脱啮位移效应产生静态脱啮，然后撞击、振动和共振等。
产生动态脱啮影响静态脱啮的因素有：啮合刚度、有效齿形误差、额定载荷、等效从动轮系质量、脱啮时间以及转速n 。
齿轮在传动过程中存在着撞击、振动、共振及耦合共振等，由于上述原因产生动态脱啮。
脱啮振动越严重，齿轮噪声越大。
啮合冲击：齿轮啮合存在间隙与误差，存在啮合刚度变化，在传动过程中不可避免的存在脱啮，即“脱啮—接触—分离—接触”的过程，从而产生了“撞击”称之为啮合撞击。
冲击力F大小取决于脱啮位移量h 。
导致齿轮剧烈振动的内在因素是齿轮啮合刚度，支承扭转刚度和等效转动惯量。
反映了动态耦合特性，属参数激励；啮合刚度变化和相对运动误差变化是产生调制的根源，为传动误差效应。
根据动力学特性分析，说明动态脱啮特征首先是导致共振，其次是产生调制波，随着刚度变化及运动误差变化加剧其基本频率边频增加。
机械工程中齿轮传动系统的振动和噪声分析
机械工程中齿轮传动系统的振动和噪声分析一、引言在机械工程中，齿轮传动系统被广泛应用于各种机械装置中，它具有传递动力和转速的重要作用。
然而，齿轮传动系统在运行过程中常常伴随着振动和噪声问题。
振动和噪声对机械系统的正常运行和人类健康都可能造成一定的影响。
因此，对于齿轮传动系统的振动和噪声进行详细的分析和研究显得尤为重要。
二、振动和噪声的来源及影响齿轮传动系统的振动和噪声主要来源于以下几个方面：1. 齿轮的制造误差：制造过程中存在的尺寸偏差、形状偏差等因素会导致齿轮的不平衡和不同频率的振动。
2. 齿轮啮合时的冲击和撞击：在齿轮啮合过程中，由于啮合面不完全匹配，会产生冲击和撞击，从而引起振动和噪声。
3. 齿轮轴承的摩擦和磨损：齿轮轴承的摩擦和磨损会导致齿轮传动系统产生振动和噪声。
振动和噪声对机械系统及人体有直接的影响。
首先，振动会导致齿轮系统的动态特性发生变化，降低工作效率和可靠性。
其次，振动还会引起噪声，对人体健康产生不良影响，如听力损害和工作环境的恶化。
三、齿轮传动系统的振动分析方法为了减少齿轮传动系统的振动和噪声，我们必须先了解其振动产生的机理。
振动主要包括自激振动和外激振动两种情况。
1. 自激振动：当齿轮传动系统本身的特性与外界激励相匹配时，会引发自激振动。
这种振动产生的频率通常是齿轮部件的固有频率。
2. 外激振动：当齿轮传动系统受到外部激励时，会引发外激振动。
这种激励可以来自于操作条件的变化、传动链中其他部件的振动以及传动系统载荷等。
为了进行齿轮传动系统的振动分析，可以采用数值模拟和实验测试相结合的方法。
数值模拟是利用有限元分析等方法对传动系统进行建模和仿真，从而得到不同工况下的振动特性。
实验测试则是通过安装传感器和数据采集设备，对传动系统的振动信号进行采集和分析。
四、齿轮传动系统的噪声控制方法在齿轮传动系统中，噪声的控制是减少其振动的重要手段。
以下是几种常见的噪声控制方法：1. 材料选择和制造工艺优化：选择高品质的齿轮材料，并采用精密的制造工艺，可以减少齿轮制造误差，从而降低系统的振动和噪声。
共振频带齿轮故障振动特征分析
共振频带齿轮故障振动特征分析
齿轮是一种常用的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
在长时间运行中，齿轮可
能会出现故障，引起振动问题。
共振频带齿轮故障是一种常见的齿轮故障形式，其振动特
征较为特殊，需要进行详细的分析。
1. 振动信号频谱特点：共振频带齿轮故障振动信号在频谱上呈现一定的特点。
通常
情况下，共振频带齿轮故障的频谱中会出现多个关联频率，这些频率之间存在一定的关系。
频谱上的共振峰比较集中，且能量较高。
频谱上还可能出现多个高次谐波频率。
2. 几何调谐特征：共振频带齿轮故障的振动信号在时域上会呈现几何调谐的特点。
几何调谐是指振动信号的周期性变化，通常表现为振动信号的周期在逐渐变短或变长。
在
振动信号中，可以观察到明显的速度变化，这是共振频带齿轮故障振动特征的重要指标之一。
共振频带齿轮故障的振动特征可通过振动信号的采集以及信号处理技术进行分析。
通
常情况下，需要采用合适的传感器对齿轮进行振动信号采集，然后通过信号处理技术对振
动信号进行频谱分析、时域分析、调谐分析等，进一步获取齿轮故障的振动特征。
对共振频带齿轮故障的振动特征进行分析可以帮助工程师更准确地判断齿轮故障的类
型和严重程度，从而采取相应的维修措施。
还可以提供一定的参考信息，用于齿轮的故障
诊断和预测，帮助延长齿轮的使用寿命，提高设备的可靠性和安全性。
共振频带齿轮故障振动特征分析
共振频带齿轮故障振动特征分析
齿轮作为传动系统中的重要部件，其故障会引起传动系统的失效，给生产带来损失和
安全隐患。
因此，齿轮故障的检测与诊断显得尤为重要。
共振频带齿轮故障是一种常见的
齿轮故障，其振动特征分析可以帮助检测与诊断齿轮故障。
共振频带齿轮故障是指齿轮传动系统中，由于齿轮参数和系统结构的误差，导致共振
频带出现，进而在共振频带内引发齿轮振动异常的故障现象。
共振频带是指在一定范围内
发生波动的频率带，其范围由齿轮参数和传动系统结构决定。
共振频带齿轮故障的振动主
要表现为动力学载荷效应下的波动，其振动频率在共振频带内，具有一定的周期性，且幅
值逐渐增大。
除了频谱分析外，时域分析也可以得到共振频带齿轮故障的振动特征。
时域信号是指
振动信号的时间序列，通过对时域信号进行分析，可以得到其振动状态。
共振频带齿轮故
障的时域振动特征表现为，振动信号的周期长度逐渐增加，同时振动幅值逐渐增大，表现
出周期性变化。
共振频带齿轮故障的振动特征分析对于齿轮故障的检测与诊断具有重要的意义。
通过
对振动信号的分析，可以准确地确定齿轮故障的类型和位置，进而进行相应的修复与维护。
同时，振动信号的分析还可以为齿轮设计和制造提供参考，增强齿轮的可靠性和耐久性。
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齿轮的固有频率振动
固有频率振动是指齿轮受到外界持续传动力的作用，产生的瞬态自由振动，并带来噪声。
齿轮将以多个固有频率振动，但测量时．具有高阶固有频率的振动多数在很短时间内就消失，只剩下基本的低阶固有频率振动。
齿轮在正常和异常状态下都将产生固有频率振动，根据齿轮振动形态的变化、就能对齿轮作出故障判断。
所以，对齿轮进行故障诊断时，必须分析固有振动频率。
一对直齿圆柱齿轮的固有振动频率就可由下列最典型的计算式求得：
齿轮的固有振动频率多为1—10kHz的高频，当这种高频振动传递到齿轮箱等机件时，高频冲击振动已衰减，多数情况下只能测到齿轮的啮合频率。
实际的自由振动频率比固有振动频率稍低。
(2)若对不对中进行诊断．应分析的频率为fm
f；若对不平衡进
r
行诊断，应分析的频率为轴频
f，；若对齿轮磨损进行诊断．应对啮
r
合频率fm的倍频进行分析;
制定正常频谱作为判断标准时，还必须根据齿轮装置过去的实际统计资料，以确定各种状态的实测值与正常值的倍数比。
对于低频振动．通常将判断标准定为：实测值达到正常值的1．5—2倍时为注意区，达4倍时为异常区。
对于高频振动，据实验结果指出：当实测值达3倍时定为注意区，6倍左右定为异常区。
应该指出的是，利用振动加速度所测定的l—10kHz频率是机械局部共振频域．除齿轮以外，轴承、电机等也会发生同样频率的振动。
特别是使用滚动轴承时，易发生误诊为滚动轴承异常的情况。
但因齿轮的固有振动频率比滚动轴承要低一些，所以，合理选择测定齿轮振动的频域，能将齿轮和滚动轴承的异常振动区分开来，以免发生误诊断。
在进行频谱分析时，要避免错误地将不相关的频率成分与故障联系在一起。
这就要求从事诊断的人员不仅要熟悉仪器的操作使用，还要深入掌握齿轮装置的结构特点和主要参数。
诊断人员应该了解的内容包括：系统的共振频率、齿轮的材料、热处理工艺、轴承的结构、齿轮的齿数和模数、齿轮运行的历史情况、同类产品的主要失效形式等等。