齒輪故障診斷資料

1、齒輪的故障診斷齒輪的故障診斷一、齒輪的常見(jiàn)故障齒輪是最常用的機(jī)械傳動(dòng)零件，齒輪故障也是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備常見(jiàn)的故障。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，齒輪故障占旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的10.3%。齒輪故障可劃分為兩大類，一類是軸承損傷、不平衡、不對(duì)中、齒輪偏心、軸彎曲等，另一類是齒輪本身（即輪齒）在傳動(dòng)過(guò)程中形成的故障。在齒輪箱的各零件中，齒輪本身的故障比例最大，據(jù)統(tǒng)計(jì)其故障率達(dá)60%以上。齒輪本身的常見(jiàn)故障形式有以下幾種。1. 斷齒斷齒是最常見(jiàn)的齒輪故障，輪齒的折斷一般發(fā)生在齒根，因?yàn)辇X根處的彎曲應(yīng)力最大，而且是應(yīng)力集中之源。斷齒有三種情況：疲勞斷齒由于輪齒根部在載荷作用下所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)交變應(yīng)力，以及在齒根圓角、加工

2、刀痕、材料缺陷等應(yīng)力集中源的復(fù)合作用下，會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋逐步蔓延擴(kuò)展，最終導(dǎo)致輪齒發(fā)生疲勞斷齒。過(guò)載斷齒對(duì)于由鑄鐵或高硬度合金鋼等脆性材料制成的齒輪，由于嚴(yán)重過(guò)載或受到?jīng)_擊載荷作用，會(huì)使齒根危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過(guò)極限值而發(fā)生突然斷齒。局部斷齒當(dāng)齒面加工精度較低、或齒輪檢修安裝質(zhì)量較差時(shí)，沿齒面接觸線會(huì)產(chǎn)生一端接觸、另一端不接觸的偏載現(xiàn)象。偏載使局部接觸的輪齒齒根處應(yīng)力明顯增大，超過(guò)極限值而發(fā)生局部斷齒。局部斷齒總是發(fā)生在輪齒的端部。2. 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)常見(jiàn)的損壞形式，一般多出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面上，發(fā)生的原因是齒面脈動(dòng)循環(huán)接觸應(yīng)力超過(guò)了材料的極限應(yīng)力。在齒面處的脈動(dòng)循環(huán)變化的接觸應(yīng)

3、力超過(guò)了材料的極限應(yīng)力時(shí)，齒面上就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋在嚙合時(shí)閉合而促使裂紋縫隙中的油壓增高，從而又加速了裂紋的擴(kuò)展。如此循環(huán)變化，最終使齒面表層金屬一小塊一小塊地剝落下來(lái)而形成麻坑，即點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕有兩種情況：初始點(diǎn)蝕（亦稱為收斂性點(diǎn)蝕）通常只發(fā)生在軟齒面（HBV350）上，點(diǎn)蝕出現(xiàn)后，不再繼續(xù)發(fā)展，甚至反而消失。原因是微凸起處逐漸變平，從而擴(kuò)大了接觸區(qū)，接觸應(yīng)力隨之降低。擴(kuò)展性點(diǎn)蝕發(fā)生在硬齒面（HB>350）上，點(diǎn)蝕出現(xiàn)后，因?yàn)辇X面脆性大，凹坑的邊緣不會(huì)被碾平，而是繼續(xù)碎裂下去，直到齒面完全損壞。對(duì)開式齒輪，齒面的疲勞裂紋尚未形成或擴(kuò)展時(shí)就被磨去，因此不存在點(diǎn)蝕。當(dāng)硬齒面齒輪熱處理不當(dāng)時(shí)

4、，沿表面硬化層和芯部的交界層處，齒面有時(shí)會(huì)成片剝落，稱為片蝕。3. 磨損齒面的磨損是由于金屬微粒、塵埃和沙粒等進(jìn)入齒的工作表面所引起的。齒面不平、潤(rùn)滑不良等也是造成齒面磨損的原因。此外，不對(duì)中、聯(lián)軸器磨損以及扭轉(zhuǎn)共振等，會(huì)在齒輪嚙合點(diǎn)引起較大的扭矩變化，或使沖擊加大，將加速磨損。齒輪磨損后，齒的厚度變薄，齒廓變形，側(cè)隙變大，會(huì)造成齒輪動(dòng)載荷增大，不僅使振動(dòng)和噪音加大，而且很可能導(dǎo)致斷齒。4. 膠合齒面膠合（劃痕）是由于嚙合齒面在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)油膜破裂，齒面直接接觸，在摩擦力和壓力的作用下接觸區(qū)產(chǎn)生瞬間高溫，金屬表面發(fā)生局部熔焊粘著并剝離的損傷。膠合往往發(fā)生在潤(rùn)滑油粘度過(guò)低、運(yùn)行溫度過(guò)高、齒面上單位

5、面積載荷過(guò)大、相對(duì)滑動(dòng)速度過(guò)高、接觸面積過(guò)小、轉(zhuǎn)速過(guò)低（油帶不起來(lái)）等條件下。齒面發(fā)生膠合后，將加速齒面的磨損，使齒輪傳動(dòng)很快地趨于失效。1二、齒輪故障的特征信息由于結(jié)構(gòu)和工作原理上的一些特點(diǎn)，齒輪的振動(dòng)信號(hào)較為復(fù)雜，在對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)故障診斷時(shí)，往往需要同時(shí)在時(shí)域和頻域上進(jìn)行分析。齒輪故障的特征頻率基本上由兩部分組成：一部分為齒輪嚙合頻率及其諧波構(gòu)成的載波信號(hào)；另一部分為低頻成分（主要為轉(zhuǎn)速頻率）的幅值和相位變化所構(gòu)成的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)包括了幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。下面將分別介紹各特征成分及其所對(duì)應(yīng)的故障類型，并分析其產(chǎn)生的原因。1. 嚙合頻率及其諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是，嚙合過(guò)程中嚙合點(diǎn)的位置和參與

6、嚙合的齒數(shù)都是周期性變化的，這就造成了齒輪輪齒的受力和剛度成周期性變化，由此而引起的振動(dòng)必然含有周期性成分，反映這個(gè)周期性特征信息的就是嚙合頻率及其高次諧波。齒輪在嚙合過(guò)程中，齒面既有相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)。如下圖所示，主動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)由齒根移向齒頂，隨嚙合半徑逐漸增大，速度逐步增高；而從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)由齒頂移向齒根，速度逐步降低。兩輪速度上的差異形成了相對(duì)滑動(dòng)。節(jié)點(diǎn)處，兩輪速度相等，相對(duì)滑動(dòng)速度為零。在主動(dòng)輪上，齒根與節(jié)點(diǎn)之間的嚙合點(diǎn)速度低于從動(dòng)輪上的嚙合點(diǎn)速度，因此滑動(dòng)方向向下；而在節(jié)點(diǎn)與齒頂之間的嚙合點(diǎn)速度高于從動(dòng)輪，滑動(dòng)方向向上。主動(dòng)輪、從動(dòng)輪都在節(jié)點(diǎn)處改變了滑動(dòng)方向，也就是說(shuō)，摩擦力

7、的方向在節(jié)點(diǎn)處發(fā)生了改變，形成了節(jié)線沖擊。齒輪嚙合過(guò)程中，除了嚙合點(diǎn)位置變化引起的節(jié)線沖擊外，更為重要的是由于參與嚙合的齒數(shù)變化而引起的嚙合沖擊。對(duì)于重疊系數(shù)在12之間的漸開線直齒輪，在節(jié)點(diǎn)附近是單齒嚙合，在齒根、齒頂附近是雙齒嚙合。顯然，雙齒嚙合時(shí)載荷小、剛度大，單齒嚙合時(shí)載荷大、剛度小，見(jiàn)右圖。也就是說(shuō)，即使齒輪所傳遞的是恒定扭矩，但當(dāng)每對(duì)齒在脫離嚙合或進(jìn)入嚙合時(shí)，輪齒上的載荷和剛度都要發(fā)生突然增大或減小，從而形成嚙合沖擊。對(duì)于重疊系數(shù)低的直齒，嚙合沖擊尤為顯著，其作用力和剛度變化基本上呈矩形波，見(jiàn)右圖。對(duì)于斜齒，由于其嚙合點(diǎn)是沿齒寬方向移動(dòng)的，嚙合過(guò)程的變化較為平緩，剛度變化接近正弦波。

8、因此，輪齒的嚙合沖擊和嚙合剛度的變化取決于齒輪的類型和重疊系數(shù)。顯然，齒輪的嚙合沖擊、節(jié)線沖擊、嚙合剛度的變化是周期性的，而這個(gè)周期性變化的頻率，就是轉(zhuǎn)速頻率f與齒數(shù)z的乘積（每秒針的變化圈數(shù)由轉(zhuǎn)速頻率定，每圈的變化次數(shù)由齒數(shù)定，乘積就是每秒針的變化次數(shù)），也就是嚙合頻率fm,即fm=flzl=f2z2式中，fl、f2主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速頻率；zl、z2主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的齒數(shù)。嚙合頻率在齒輪故障診斷中具有極為重要的意義。實(shí)際上，在一個(gè)1/fm嚙合周期中，發(fā)生了進(jìn)入嚙合、脫離嚙合、節(jié)線沖擊等多次沖擊過(guò)程,因此在齒輪的振動(dòng)信號(hào)中必然包含了嚙合頻率fm及其高次諧波2fm、3fm、.成分。無(wú)論齒輪處于正

9、常狀態(tài)還是故障狀態(tài)，在齒輪的振動(dòng)信號(hào)中，嚙合頻率fm這一振動(dòng)分量始終都是存在的，只是兩種狀態(tài)下的振幅值大小是有差異的。齒輪嚙合情況良好，嚙合頻率及其諧波的幅值相對(duì)較低。嚙合頻率及諧波的幅值增大，除了可能與載荷變化等因素有關(guān)外，齒輪側(cè)隙不當(dāng)往往是最直接、最主要的影響因素。造成側(cè)隙不當(dāng)?shù)木唧w原因是多樣的，除了制造、安裝等原因外，齒面磨損也是主要原因之一。特別需要指出的是，輪齒表面發(fā)生均勻性磨損后，不僅側(cè)隙變大，而且齒廓(漸開線齒、圓弧齒)形狀受到破壞，從而使嚙合時(shí)的各種沖擊增大、嚙合剛度降低，將引起通頻振幅值增大，其中，嚙合頻率及其諧波幅值的增長(zhǎng)最明顯。更值得注意的是，嚙合頻率的高次諧波幅值增長(zhǎng)得

10、比基波還快，如右圖所示。磨損嚴(yán)重時(shí)，二次諧波的幅值可能超過(guò)嚙合基波。因此，從嚙合頻率及其諧波幅值的相對(duì)增長(zhǎng)量上可以反映出齒面的磨損程度。2. 信號(hào)調(diào)制和邊帶分析齒輪的各種故障在運(yùn)行中都具體表現(xiàn)為一個(gè)傳動(dòng)誤差，即齒輪在傳遞恒定扭矩時(shí)，輸出軸的實(shí)際角位置，與理想的、沒(méi)有誤差和變形時(shí)輸出軸角位置的差值，這個(gè)差值就構(gòu)成了齒輪振動(dòng)和噪音的主要激發(fā)源。傳動(dòng)誤差大，齒輪進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)的碰撞就加劇，就會(huì)產(chǎn)生較高的振動(dòng)峰值，并且形成短暫時(shí)間的幅值變化和相位變化。幅值變化產(chǎn)生幅值調(diào)制，相位變化產(chǎn)生頻率調(diào)制。不同故障產(chǎn)生不同的調(diào)制形式，以下將作具體說(shuō)明。1)幅值調(diào)制齒輪的幅值調(diào)制是由于齒面上的載荷波動(dòng)、齒輪加工誤

11、差(如齒距不均)、齒輪偏心以及齒輪故障所產(chǎn)生的局部性缺陷和均布性缺陷等因素引起的。按信號(hào)處理觀點(diǎn)，幅值調(diào)制相當(dāng)于兩個(gè)信號(hào)在時(shí)域上相乘，轉(zhuǎn)換到頻域上，就相當(dāng)于對(duì)應(yīng)兩個(gè)頻譜的卷積，如下圖所示。其中頻率相對(duì)較高的稱為載波頻率，頻率較低的稱為調(diào)制頻率。對(duì)于齒輪信號(hào)來(lái)說(shuō)，通常嚙合頻率為載波頻率，齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為調(diào)制頻率。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的幅值調(diào)制原理可作如下說(shuō)明。設(shè)代表齒輪嚙合頻率的載波信號(hào)為g(t)=Asin(2nfmt+6代表齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的調(diào)制信號(hào)為e(t)=1+Bcos2nfet則調(diào)幅后的振動(dòng)信號(hào)為x(t)=g(t)e(t)=A(l+Bcos2nfet)sin(2nfmt+申)式中，A載波信號(hào)的振幅；

12、B調(diào)制指數(shù)；fm載波頻率(嚙合頻率)；fe調(diào)制頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)；申初相角。上式展開后，得x(t)=Asin(2nfmt+申)+(l/2)ABsin2n(fm+fe)t+p+(l/2)ABsin2n(fmfe)t+p這樣，調(diào)制后的信號(hào)，除了原來(lái)的嚙合頻率分量fm之外，還增加了一對(duì)嚙合頻率與旋轉(zhuǎn)頻率的和頻(fm+fe)與差頻(fmfe)。在頻譜圖上，它們是以嚙合頻率fm為中心，以旋轉(zhuǎn)頻率fe為間隔，以(1/2)AB為幅值，對(duì)稱分布于fm兩側(cè)，稱為邊頻帶，簡(jiǎn)稱邊帶，如右圖(c)所示。如果調(diào)制信號(hào)e(t)不是一個(gè)簡(jiǎn)諧波，而是由多頻率成分構(gòu)成的周期信號(hào)，則e(t)的每一個(gè)頻率分量都將產(chǎn)生一邊帶，形成了邊

13、帶族，如右圖所示。由于系統(tǒng)傳遞特性的影響，以及還存在頻率調(diào)制，頻譜圖上實(shí)際的邊頻成分不會(huì)像右圖所示的如此對(duì)稱。然而，邊頻帶的分布形狀主要還是取決于調(diào)制信號(hào)，而且正是調(diào)制信號(hào)反映了齒輪的各種傳動(dòng)誤差和故障狀況。根據(jù)邊帶的形狀，可以分辨出齒輪存在著局部性缺陷還是分布性缺陷。如果發(fā)生斷齒或大的剝落等局部性缺陷，當(dāng)嚙合點(diǎn)進(jìn)入缺陷處時(shí)，相當(dāng)于齒輪的振動(dòng)受到一個(gè)短脈沖的調(diào)制，脈沖的長(zhǎng)度等于齒輪的嚙合周期Tm=l/fm。齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，脈沖就重復(fù)一次。由于脈沖可以分解為許多正弦分量之和，因此在頻譜圖上形成以載波頻率fm、2fm、3fm、為中心的一系列邊頻。其特點(diǎn)是邊頻數(shù)量多、范圍廣、數(shù)值小、分布均勻且較為平

14、坦，并且每一邊頻之間的間隔等于齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率。見(jiàn)上圖(a)所示。如果在齒輪上存在點(diǎn)蝕、劃痕(膠合)等分布比較均勻的缺陷，調(diào)制頻率的成分雖然較多，但在時(shí)域上是一條幅度變化較小、脈動(dòng)周期較長(zhǎng)的包絡(luò)線，因此頻譜圖上邊頻帶的特點(diǎn)是分布比較高而窄，而且幅值變化起伏較大。見(jiàn)上圖(b)所示?？傊?，齒輪缺陷越集中，邊帶就越低、越寬、越平坦；缺陷越均布，邊帶就越高、越窄、越起伏大。2)頻率調(diào)制頻率調(diào)制(也可認(rèn)為是相位調(diào)制)就是載波信號(hào)受到調(diào)制信號(hào)的調(diào)制作用后所形成的變頻信號(hào)。齒輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)、加工中分度誤差而導(dǎo)致的周節(jié)誤差等因素，都會(huì)引起嚙合速率的變化而產(chǎn)生頻率調(diào)制現(xiàn)象。齒輪故障缺陷造成的齒面載荷波動(dòng)，在產(chǎn)生幅值

15、調(diào)制的同時(shí)，還會(huì)造成扭矩波動(dòng)，導(dǎo)致角速度變化而形成頻率調(diào)制。若載波信號(hào)為Asin(2nfmt+申)，調(diào)制信號(hào)為Psin(2nfrt+p)，頻率調(diào)制可表示為x(t)=Asin2nfmt+Psin(2nfrt)+p式中，fm載波頻率(嚙合頻率)；fr調(diào)制頻率(齒輪的轉(zhuǎn)速頻率)；卩頻率調(diào)制指數(shù)，即調(diào)制所產(chǎn)生的最大角位移(相位移)，P=Afm/fr；Afm最大頻率偏差值。借助于貝塞爾函數(shù)，上式可展開為如下形式的無(wú)窮級(jí)數(shù)：x(t)=(A/2)J0(3)sin2nfmt+p+J1(P)sin2n(fmfr)t+p+J1(P)sin2n(fm+fr)t+p+J2(P)sin2n(fm2fr)t+p+J2(P

16、)sin2n(fm+2fr)t+列+.式中，Jn®)以為自變量的第n階貝塞爾系數(shù)，n=0,l,2,3,.。根據(jù)上式可知，調(diào)頻振動(dòng)信號(hào)中包含有無(wú)限多個(gè)頻率分量，其中第一項(xiàng)J0(卩)為載波分量，第二項(xiàng)J1(卩)有一階上邊帶分量和下邊帶分量，第三項(xiàng)J2(卩)有二階上邊帶分量和下邊帶分量，。它們是以載波頻率fm為中心，以調(diào)制頻率fr為間隔，形成對(duì)稱分布的無(wú)限多對(duì)的邊帶，如下圖所示。齒輪振動(dòng)信號(hào)的幅值調(diào)制與頻率調(diào)制有三個(gè)共同點(diǎn)： 載波頻率相等(為嚙合頻率)； 邊帶頻率間隔相等（為齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率）； 邊帶對(duì)稱分布于載波頻率兩側(cè)。與幅值調(diào)制的一個(gè)不同之處是，頻率調(diào)制之后信號(hào)的包絡(luò)線不變，即調(diào)制后的

17、總能量保持不變，這相當(dāng)于把載波頻率上的能量分散到邊頻上去了。必須說(shuō)明，實(shí)際頻譜圖上的齒輪調(diào)制邊帶并不是對(duì)稱分布的，見(jiàn)右圖。這是因?yàn)?，調(diào)幅與調(diào)頻現(xiàn)象總是同時(shí)存在的，實(shí)際頻譜圖上的邊頻成分，是兩種調(diào)制各自作用時(shí)所產(chǎn)生的邊頻成分的疊加。由于邊頻成分的相位并不相同，向量疊加后，某些邊頻幅值增加了，某些反而降低了，因此破壞了原有的對(duì)稱性。3. 齒輪振動(dòng)信號(hào)的其它成分1）附加脈沖有時(shí)在齒輪的時(shí)域總信號(hào)上可以看到幅值上下兩端的包絡(luò)線不對(duì)稱，彼此差別很大，這種載波信號(hào)與零線呈不對(duì)稱形狀，往往是由齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波引起的，稱為附加脈沖，如右圖所示。圖中（a）為不對(duì)稱于零線的總信號(hào)，將其分解，可得到附加脈沖信

18、號(hào)b）和原始調(diào)幅信號(hào)（c）。附加脈沖是由輪齒以外的故障而引起的，如齒輪不平衡、不對(duì)中和機(jī)械松動(dòng)等。這些故障的特征頻率都是旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于嚙合頻率。因此，附加脈沖與輪齒本身的缺陷一般無(wú)關(guān)。附加脈沖和特征信號(hào)的區(qū)分較容易。在時(shí)域上，附加脈沖是直接疊加在齒輪的常規(guī)振動(dòng)上，而不是以調(diào)制的形式出現(xiàn)；在頻域上，附加脈沖只出現(xiàn)在頻率較低的旋轉(zhuǎn)頻率的低次諧波段，它不可能在嚙合頻率兩邊形成邊帶。2）隱含成分隱含成分又稱“鬼線”，是在新齒輪的頻譜圖上，除旋轉(zhuǎn)頻率、嚙合頻率及其邊頻之外，最初出現(xiàn)的一些來(lái)歷不明的頻率成分及其諧波。而實(shí)際上是齒輪加工機(jī)床分度齒輪誤差傳遞到被加工的齒輪上，所造成的周期性缺陷

19、。研究表明，隱含成分的頻率就是加工機(jī)床分度齒輪的嚙合頻率。可以根據(jù)隱含成分的以下特點(diǎn)，來(lái)判斷未知頻率是否為隱含成分（鬼線）： 隱含譜線為旋轉(zhuǎn)頻率的諧波，總是出現(xiàn)在嚙合頻率的附近，見(jiàn)左下圖； 載荷變化對(duì)它的影響很小，見(jiàn)左下圖； 隨跑合時(shí)間的增長(zhǎng)，磨損使缺陷趨向均勻，隱含成分及其諧波會(huì)逐漸減小，而嚙合頻率及其諧波成分逐漸增大。右下圖為一個(gè)典型的例子，運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月后，隱含成分由123dB下降為113dB，嚙合頻率的幅值由116dB上升到123dB。3）滾動(dòng)軸承信號(hào)及交叉調(diào)制當(dāng)齒輪的支承軸承為滾動(dòng)軸承時(shí)，齒輪振動(dòng)信號(hào)中當(dāng)然會(huì)含有滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)。然而，在正常情況下，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)能量水平明顯低于齒輪，

20、一般要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，在齒輪振動(dòng)頻率范圍內(nèi)（05kHz）,滾動(dòng)軸承的頻率成分很不明顯。但是，當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)比較嚴(yán)重的故障時(shí)，在齒輪振動(dòng)頻段內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)較為明顯的滾動(dòng)軸承故障特征頻率成分。這些成分有時(shí)單獨(dú)出現(xiàn)，有時(shí)表現(xiàn)為和齒輪振動(dòng)成分的相互交叉調(diào)制，出現(xiàn)和頻與差頻成分。和頻及差頻成分并不是獨(dú)立的，當(dāng)產(chǎn)生它們的基本頻率成分改變時(shí)，它們也會(huì)跟著改變。4. 齒輪常見(jiàn)故障與特征頻率及其諧波、以及邊頻帶的小結(jié)綜上所述，齒輪故障的頻率成分是十分復(fù)雜的，都是一些寬頻帶信號(hào)。根據(jù)一些資料介紹，現(xiàn)將齒輪常見(jiàn)故障與特征頻率及其諧波、以及邊頻帶的關(guān)系，作以下小結(jié)： 輪齒的均勻性磨損、齒側(cè)間隙過(guò)大以及齒輪載荷過(guò)大等原

21、因引起的故障，將增加嚙合頻率fm及其高次諧波2fm、3fm、頻率分量的幅值，并不產(chǎn)生邊帶。其中，磨損時(shí)，嚙合頻率高次諧波的幅值增量更大；磨損嚴(yán)重時(shí)，二次諧波的幅值甚至超過(guò)嚙合頻率基波的幅值。 齒輪偏心、齒距周期性變化及載荷波動(dòng)等不均勻的分布故障，將產(chǎn)生幅值調(diào)制和頻率調(diào)制，從而在嚙合頻率及其諧波兩側(cè)形成邊頻帶，邊帶的間隔頻率是有缺陷齒輪的轉(zhuǎn)速頻率。其中，齒輪偏心一般只出現(xiàn)下邊帶（差頻）fmnfe（n=l,2,3,.）,上邊帶一般很少出現(xiàn)。 斷齒、齒面剝落及裂紋等集中缺陷的局部性故障，將引起周期性的沖擊脈沖，同樣產(chǎn)生幅值調(diào)制和頻率調(diào)制。例如，若小齒輪出現(xiàn)一處斷齒或兩處剝落，則小齒輪每旋轉(zhuǎn)一圈，將產(chǎn)

22、生一次或兩次明顯的周期性碰撞沖擊。在此類情況下，嚙合頻率為脈沖頻率所調(diào)制，在嚙合頻率及其諧波兩側(cè)形成一系列邊頻帶，邊帶的特點(diǎn)是邊頻數(shù)量多、范圍廣、分布均勻且較為平坦。此外，嚴(yán)重的局部斷齒還會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)頻率及其諧波的幅值增加。斷齒的主要特征還是齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率和嚙合頻率的幅值產(chǎn)生明顯增長(zhǎng)。 點(diǎn)蝕、劃痕（即輕度的膠合）等分布比較均勻的缺陷，同樣也將產(chǎn)生周期性沖擊脈沖和調(diào)幅、調(diào)頻現(xiàn)象。但是，與斷齒等局部故障的不同之處是，其在嚙合頻率及其諧波兩側(cè)分布的邊帶階數(shù)少而集中，邊帶特點(diǎn)是高而窄、幅值變化起伏大。然而，隨故障發(fā)展、程度惡化，其圖形也將發(fā)生變化。 齒的斷裂或裂縫，在進(jìn)入嚙合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊，這種沖擊

23、可能激起齒輪的固有頻率（自振頻率）。但由于齒輪的固有頻率一般都為110kHz的高頻，此高頻成分傳遞到齒輪箱殼體上時(shí)，基本上已被衰減掉，多數(shù)情況下只能測(cè)到嚙合頻率和調(diào)制的邊頻。三、齒輪故障的診斷方法由于齒輪故障癥狀及其信號(hào)的復(fù)雜性，因此在對(duì)齒輪進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要在盡可能地消除噪聲干擾、提高信噪比的前提下，提取出清晰故障特征信息。常用的方法有以下幾種。1. 細(xì)化譜分析法細(xì)化譜分析法是通過(guò)采用頻率細(xì)化技術(shù)來(lái)增加頻譜圖中某些頻段上的頻率分辨率，即所謂的“局部頻率擴(kuò)展”法。在齒輪故障信號(hào)中，調(diào)制后得到的邊頻含有豐富的故障信息，但是在一般的頻譜圖上往往又找不出清晰、具體的邊頻，究其原因是頻譜圖的頻率分辨

24、率太低。頻譜圖上的頻率分辨率則是由譜線和最高分析頻率決定的，行業(yè)內(nèi)對(duì)此有定規(guī)，具體關(guān)系為下式所示：Af=fc/n=fs/N式中，Af頻率間隔，即頻率分辨率；fc分析頻率范圍，即最高分析頻率；fs采樣頻率，為避免頻率混淆，fs=(2.564)fc,一般為fs=2.56fc；n譜線條數(shù)，為定值，分有100線、200線、400線、800線四檔；N采樣點(diǎn)數(shù)，N=2.56n,分有256點(diǎn)、512點(diǎn)、1024點(diǎn)、2048點(diǎn)四檔。由于齒輪的嚙合頻率及其諧波的頻率很高，從而使分析頻率范圍fc不得不很高，也就引起頻率間隔Af很大，即頻率分辨率很低，因此造成邊頻較難顯現(xiàn)及分辨。而細(xì)化譜分析法只是對(duì)某些部分頻段沿頻

25、率軸進(jìn)行放大，好像放大鏡一樣，把頻譜圖上某些感興趣的局部區(qū)域放大，從而得到頻率分辨率很高的細(xì)化譜，見(jiàn)右圖。這樣，就可以通過(guò)觀察細(xì)化后的邊帶結(jié)構(gòu)，去尋找故障的特征信息。2. 倒頻譜分析法頻譜圖的幅值有兩種表示方法：一種是以振幅形式表示，稱為幅值譜；另一種以能量形式表示，稱為功率譜。功率譜是用來(lái)研究各頻率成分的能量在頻域上的分布。頻譜圖縱坐標(biāo)的刻度也有兩種表示方法：一種是線性坐標(biāo)，另一種是對(duì)數(shù)坐標(biāo)。線性坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是直觀，缺點(diǎn)是不能同時(shí)顯示數(shù)值相差很大的成分；而對(duì)數(shù)坐標(biāo)恰恰相反，可以同時(shí)顯示出數(shù)值相差很大(1000倍，甚至更高)的頻率成分，但這些成分之間是不成線性比例關(guān)系的。幅值譜的縱坐標(biāo)為線性坐標(biāo)，功率譜的縱坐標(biāo)一般為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。對(duì)數(shù)坐標(biāo)以分貝dB表示，其定義為Ad=20lg(A/Ar)或Ad=10lg(A2/Ar2)式中，Ad基準(zhǔn)幅值(或參考幅值)，常取Ad=lV,對(duì)無(wú)量綱量取Ad=lA幅值，單位與Ad相同。由上式可知，分貝值為6，幅值之比為2，即人們常說(shuō)的“6個(gè)分貝翻一翻”；分貝值為20，幅值之比為10；分貝值為60，幅值之比為1000。倒頻譜的定義是功率譜對(duì)數(shù)的功率譜。其表示式為C(T)=F-llogG(f)2式中，G(f)時(shí)間信號(hào)fz的功率譜，即G(f)=Ffz(