典型傳動部件的故障和其診療方法培訓課件

典型傳動部件的故障和其診療方法

7.4齒輪異常的基本形式

7.5齒輪振動頻率及頻譜特點

7.6齒輪故障分析方法齒輪故障診斷2典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪的基本概念據(jù)史料記載，遠在公元前400~200年的中國古代就巳開始使用齒輪，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今巳發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。17世紀末，人們才開始研究，能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動的應用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀初，漸開線齒輪已在應用中占了優(yōu)勢。

3典型傳動部件的故障和其診療方法漸開線齒輪V

k1.漸開線的形成

（1）發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的相應弧長。（2）漸開線上任意一點法線必然與基圓相切。

因為當發(fā)生線在基圓上作純滾動時，B點為漸開線上K點的曲率中心，BK為其曲率半徑和K點的法線。2.漸開線的性質(zhì)

平面上一動直線沿固定圓作純滾動時，此直線上任意點的軌跡為該圓的漸開線作為輪齒的齒廓4典型傳動部件的故障和其診療方法齒廓嚙合基本定律一對嚙合的齒廓無論在任何位置嚙合，其兩輪的傳動比恒等于連心線被齒廓接觸點的公法線所分成的兩段的反比。這就是齒廓嚙合基本定律。連心線與齒廓接觸點的公法線的交點稱為嚙合節(jié)點。過節(jié)點所作的兩個相切的圓稱為節(jié)圓。傳動比與節(jié)圓半徑成反比。滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒廓稱為共軛齒廓。漸開線齒廓是應用最廣泛的共軛齒廓。5典型傳動部件的故障和其診療方法外齒輪各部分名稱及符號：齒輪圓周上輪齒的數(shù)目稱為齒數(shù),用z表示?；鶊A：形成漸開線的發(fā)生線作純滾動的圓6典型傳動部件的故障和其診療方法7典型傳動部件的故障和其診療方法漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動1.嚙合過程B1B2一對具有漸開線齒廓齒輪的嚙合傳動，是依靠主動齒輪的齒廓推動從動齒輪的齒廓來實現(xiàn)的。圖中：B1為嚙合終止點

B2為嚙合起始點

B1B2為實際嚙合線段

N1N2為理論嚙合線段

N1、N2為極限嚙合點8典型傳動部件的故障和其診療方法2.漸開線齒廓的嚙合特點四線合一：嚙合線、過嚙合點的公法線、基圓的公切線和正壓力作用線四線和一。傳動比恒定：漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律。中心距可分性：CO2N2O1N1==rb2rb1上式表明：漸開線齒輪的傳動比等于兩輪基圓半徑的反比，為一常數(shù)。安裝時若中心距略有變化不會改變傳動比大小，此特性稱為中心距可分性。漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動9典型傳動部件的故障和其診療方法2.漸開線齒廓的嚙合特點嚙合角不變C嚙合線與兩節(jié)圓公切線所夾的銳角稱為嚙合角，用α’表示。顯然，齒輪傳動嚙合角不變，正壓力的大小也不變。因此，傳動過程比較平穩(wěn)。漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動10典型傳動部件的故障和其診療方法3.漸開線齒廓的的振動特點對于漸開線齒輪，在節(jié)點附近為單齒嚙合，而在節(jié)點兩側(cè)為雙齒嚙合，故其剛度是非簡諧的周期函數(shù)，齒輪在實際嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動11典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式

既要求齒輪能在高速、重載、特殊介質(zhì)的惡劣環(huán)境條件下工作又要求齒輪裝置具有高平穩(wěn)性、高可靠性和結(jié)構緊湊的良好的工作性能由此使得齒輪發(fā)生故障的因素越來越多。而齒輪異常又是誘發(fā)機械故障的重要因素。

齒輪由于結(jié)構型式、材料與熱處理、操作運行環(huán)境與條件等因素不同，發(fā)生故障的形式也不同，常見的齒輪故障有以下幾類形式。12典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式齒面磨損齒面膠合和擦傷齒面接觸疲勞點蝕齒根彎曲疲勞斷齒13典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式

潤滑油不足或油質(zhì)不清潔會造成齒面磨粒磨損，使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至由于齒輪過度減薄導致斷齒。 一般情況下，只有在潤滑油中夾雜有30μm磨粒時，才會在運行中引起齒面磨粒磨損。

1.齒面磨損14典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式

對于重載和高速齒輪的傳動，齒面工作區(qū)溫度很高，一旦潤滑條件不良，齒面間的油膜便會消失，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。 新齒輪未經(jīng)磨合便投入使用時，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。

2.齒面膠合和擦傷15典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式

齒輪在實際嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。 載荷和脈動力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應力，當這種剪應力超過齒輪材料的疲勞極限時，接觸表面將產(chǎn)生疲勞裂紋。 隨著裂紋的擴展，最終使齒面剝落小片金屬，在齒面上形成小坑，稱之為點蝕。當“點蝕”擴大連成片時，形成齒面上金屬塊剝落。 此外，材質(zhì)不均勻或局部擦傷，也容易在某一齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。

3.

齒面接觸疲勞點蝕16典型傳動部件的故障和其診療方法7.4齒輪故障的常見形式

在運行過程中承受載荷的輪齒，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應力作用最大，當這種周期性應力超過齒輪材料的疲勞極限時，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴展，當剩余部分無法承受傳動載荷時就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。 齒輪由于工作中嚴重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。斷齒和點蝕是齒輪故障的主要形式。

4.齒根彎曲疲勞斷齒齒輪故障還可分為局部故障和分布故障。局部故障集中在一個或幾個齒上，而分布故障則在齒輪各個輪齒上都有體現(xiàn)。17典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪故障的原因產(chǎn)生上述齒輪故障的原因較多，但從大量故障的分析統(tǒng)計結(jié)果來看，主要原因有以下幾個方面。制造誤差裝配不良潤滑不良超載操作失誤18典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪故障的原因制造誤差齒輪制造誤差主要有偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心是指齒輪（一般為旋轉(zhuǎn)體）的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心不重合，齒距偏差是指齒輪的實際齒距與公稱齒距有較大誤差，而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。齒輪裝配不當會造成工作狀態(tài)劣化。當一對互相嚙合的齒輪軸不平行時，會在齒寬方向只有一端接觸，或者出現(xiàn)齒輪的直線性偏差等，使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻，不能平穩(wěn)地傳遞動扭矩，這種情況稱為“一端接觸”，會使齒的局部承受過大的載荷，有可能造成斷齒。裝配不良19典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪故障的原因潤滑不良對于高速重載齒輪，潤滑不良會導致齒面局部過熱，造成色變、膠合等故障。原因：油路堵塞、噴油孔堵塞外，潤滑油中進水、潤滑油變質(zhì)、油溫過高等對于工作負荷不平穩(wěn)的齒輪驅(qū)動裝置（例如礦石破碎機、采掘機等），經(jīng)常會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，容易造成輪齒過載斷裂，或者長期過載導致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。操作失誤通常包括缺油、超載、長期超速等，都會造成齒輪損傷、損壞。超載操作失誤20典型傳動部件的故障和其診療方法7.5齒輪振動頻率及頻譜特點1.齒輪的振動頻率

(1)齒輪的振動類型

齒輪在運行過程中產(chǎn)生的振動是比較復雜的，由于齒輪所受的激勵不同，從而使齒輪產(chǎn)生的振動類型也不同。21典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型第一，齒輪嚙合過程中，由于周節(jié)誤差、齒形誤差或者均勻磨損等都會使齒與齒之間發(fā)生撞擊，撞擊的頻率就是嚙合頻率。齒輪在此周期撞擊力的激勵下產(chǎn)生了以嚙合頻率為振動頻率的強迫振動頻率范圍一般在幾百到幾千赫茲22典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型第二，由于齒輪嚙合過程中齒輪發(fā)生彈性變形，使剛剛進入嚙合的齒輪發(fā)生撞擊，因而產(chǎn)生沿著嚙合線方向的脈動力，于是也會產(chǎn)生以嚙合頻率為頻率的振動。對于漸開線齒輪，在節(jié)點附近為單齒嚙合，而在節(jié)點兩側(cè)為雙齒嚙合，故其剛度是非簡諧的周期函數(shù)，所產(chǎn)生的強迫振動與前述第一種情況不同不僅有以嚙合頻率為頻率的基頻振動，而且還有嚙合頻率的高次諧波振動。23典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型第三，齒與齒之間的摩擦在一定條件下會誘發(fā)自激振動，主要與齒面加工質(zhì)量及潤滑條件有關

自激振動的頻率接近齒輪的固有頻率。第四，齒與齒之間撞擊是一種瞬態(tài)激勵，它使齒輪產(chǎn)生衰減自由振動

振動頻率就是齒輪的固有頻率，通常固有頻率在1-10kHz內(nèi)。24典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型第五，齒輪、軸、軸承等元件由于不同心、不對稱、材料不均勻等均會產(chǎn)生偏心、不平衡，其離心慣性力使齒輪軸系統(tǒng)產(chǎn)生強迫振動，

振動的頻率等于軸的轉(zhuǎn)動頻率（一般在100Hz以內(nèi)）及其諧頻；第六，由于齒面的局部損傷而產(chǎn)生的激勵，其相應的強迫振動頻率等于損傷的齒數(shù)乘以軸的轉(zhuǎn)動頻率。25典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型綜上所述，齒輪的振動頻率基本上可歸為三類：即軸的轉(zhuǎn)動頻率及其諧頻，齒輪的嚙合頻率及其諧頻，齒輪自身的各階固有頻率。而齒輪的實際振動往往是上述各類振動的某種組合，齒輪幾種常見工作狀態(tài)下振動的時間歷程曲線和相應的幅頻譜圖。26典型傳動部件的故障和其診療方法(1)齒輪的振動類型各種狀態(tài)齒輪的振動（低頻部分）圖中不同狀態(tài)的時域和頻域均有明顯的區(qū)別。振動曲線都是經(jīng)過低通濾波后得到的，它只顯示出其中頻率較低的轉(zhuǎn)動頻率和嚙合頻率及諧頻，濾去了高頻的自由衰減振動（固有頻率）。實際上，齒輪的自由振動經(jīng)由軸、軸承傳到齒輪箱體時，高頻沖擊振動已衰減，猶如通過一個機械低通濾波器，因此在軸承座等處測的振動信號，一般只包含轉(zhuǎn)動頻率與嚙合頻率及其諧頻。fr－轉(zhuǎn)動頻率fm－嚙合頻率27典型傳動部件的故障和其診療方法(2)齒輪各類振動頻率的計算

齒輪及軸的轉(zhuǎn)動頻率

fr：

fr=N/60Hz，N為齒輪及軸的轉(zhuǎn)速（r/min）齒輪的嚙合頻率

fm：對于定軸轉(zhuǎn)動的齒輪有:

fm＝Zi*N/60 式中Zi為第i個齒輪的齒數(shù)，N為第i個齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。由此可知，一對嚙合齒輪的嚙合頻率是相同對于有固定齒圈的行星輪系有:

fm=Zr(Nr±Nc)/60

Zr為齒輪的齒數(shù)；Nr為該齒輪的轉(zhuǎn)速；Nc為轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速，當Nc與Nr轉(zhuǎn)向相反時，Nc取正號，否則取負號。28典型傳動部件的故障和其診療方法以嚙合頻率進行振動的特點振動頻率隨齒輪的轉(zhuǎn)速變化；由于非線性的影響，往往有嚙合頻率的高階諧頻振動；隨著轉(zhuǎn)速升高，振動能量增大，噪聲增強；當嚙合頻率接近或等于齒輪的固有頻率時，齒輪發(fā)生共振形成強烈振動。(2)齒輪各類振動頻率的計算

29典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪的固有頻率

單個齒輪的固有頻率是指齒輪軸向振動的固有頻率。

單組齒嚙合時齒輪的固有頻率：齒輪嚙合時的固有頻率實際是指齒輪軸系扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率。 振動系統(tǒng)由嚙合齒輪和傳動軸組成，齒輪軸系的扭振包括軸的扭振和齒輪的彈性振動。(2)齒輪各類振動頻率的計算

30典型傳動部件的故障和其診療方法2.齒輪振動頻譜的特點

齒輪處于正常或異常狀態(tài)下，齒的嚙合對會發(fā)生沖擊嚙合振動（兩種狀態(tài)下振動水平是有差異的）其振動波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點，既調(diào)幅又調(diào)頻。(1)齒輪振動的邊頻帶譜

齒輪振動的頻譜非常復雜，除了有明顯嚙合頻率①和嚙合頻率的高次諧波②、③、④外還有許多按一定規(guī)律分布的小譜線，這就是齒輪振動中的邊頻帶。它是由幾種動載同時作用產(chǎn)生幾種振動疊加產(chǎn)生的調(diào)制。通常，載頻為嚙合頻率及高次諧波，而軸的轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率。齒輪振動的邊頻帶體現(xiàn)出載頻或調(diào)制信號的頻率，對于分析齒輪的故障將十分有用。31典型傳動部件的故障和其診療方法2.齒輪振動頻譜的特點 齒輪振動信號既有調(diào)幅又有調(diào)頻，這兩種調(diào)制在頻譜中均表現(xiàn)為嚙合頻率及其諧波的兩側(cè)有邊頻帶，各邊頻帶的間隔即是調(diào)制信號的頻率。(2)振動信號的調(diào)制原理32典型傳動部件的故障和其診療方法2.齒輪振動頻譜的特點幅值調(diào)制原因：由于齒面載荷波動對振幅的影響而造成。

齒輪的偏心使齒輪嚙合時一邊緊一邊松，從而產(chǎn)生載荷波動，使振幅按此規(guī)律周期性地變化。

齒輪的加工誤差（例如節(jié)距不勻）及齒輪故障使齒輪在嚙合中產(chǎn)生短暫的“加載”和“卸載”效應，也會產(chǎn)生幅值調(diào)制。幅值調(diào)制從數(shù)學上看相當于在時域中兩個信號乘積，而在頻域上相當與兩個信號的卷積。載波，頻率較高－嚙合頻率fm調(diào)制信號，低頻－回轉(zhuǎn)頻率fr(2)振動信號的調(diào)制原理33典型傳動部件的故障和其診療方法時域中的幅值調(diào)制（相乘）在頻域中反映為頻移，即原載頻的譜線的位置移動了fo，而且由調(diào)制前一條譜線fm變?yōu)閮蓷l譜線（fm－fo，fm＋fo），分布在原譜線fm的兩側(cè)，形成邊頻帶。(a)載波(b)載波頻譜(c)調(diào)制波(d)調(diào)制波頻譜(e)調(diào)幅信號(f)調(diào)幅信號頻譜34典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪振動頻譜的特點頻率調(diào)制齒輪載荷不均勻、齒距不均勻及故障造成的載荷波動，除了對振動幅值產(chǎn)生影響外，同時也必然產(chǎn)生扭矩波動，使齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生波動。這種波動表現(xiàn)在振動上即為頻率調(diào)制（也可以認為是相位調(diào)制）。頻率調(diào)制波的頻譜也是在載頻譜線的兩側(cè)產(chǎn)生等間隔的邊頻帶，邊頻帶的間隔就是調(diào)制信號(往往是與齒輪故障有關的信號)的頻率。對于齒輪傳動，任何導致產(chǎn)生幅值調(diào)制的因素也同時會導致頻率調(diào)制。兩種調(diào)制總是同時存在的。對于質(zhì)量較小的齒輪副，頻率調(diào)制現(xiàn)象尤為突出。(2)振動信號的調(diào)制原理35典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪振動信號調(diào)制特點 齒輪振動信號的頻率調(diào)制和幅值調(diào)制的共同點在于：①載波頻率相等；②邊帶頻率對應相等；③邊帶對稱于載波頻率。 實際齒輪系統(tǒng)中調(diào)幅和調(diào)頻效應總是同時存在的，所以，頻譜上的邊頻成分為兩種調(diào)制的疊加。雖然這兩種調(diào)制中的任何一種單獨作用時所產(chǎn)生的邊頻都是對稱于載波頻率的，但兩者疊加時，由于邊頻成分具有不同的相位，所以是向量相加。疊加后有的邊頻幅值增加了（相位相同），有的反而下降了（相位相反），這就破壞了原有的對稱性。

36典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪振動信號調(diào)制特點齒輪振動時，由于各種因素的影響往往既有以嚙合頻率為基頻的振動，又有它的高階諧頻分量；而軸的轉(zhuǎn)動頻率也常常有高階諧頻分量。齒輪振動的各調(diào)制邊頻可寫為

式中fm為齒輪副的嚙合頻率；fr1，fr2為主動齒輪、被動齒輪的轉(zhuǎn)動頻率；P＝1,2,3,…為嚙合頻率各階諧頻的序數(shù)；M，N=1,2,3…分別為主、被動齒輪轉(zhuǎn)動的各階諧頻序數(shù)。由此可見，齒輪振動的邊頻帶分布非常復雜，如果齒輪箱中同時有幾對齒輪嚙合，其邊頻帶往往重疊一起，很難直接從頻譜圖中識別特征頻率。37典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪振動信號調(diào)制特點1、齒輪轉(zhuǎn)動頻率及其低階諧頻主要由于轉(zhuǎn)軸對中不良、軸變形、零件松動等原因引起，使齒輪運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生附加脈沖2、齒輪的嚙合頻率及其諧頻、邊頻帶（由齒形誤差、齒面損傷等引起）(3)齒輪振動頻譜的組成成分被周期信號調(diào)制的振動信號（對稱于零線）被附加脈沖調(diào)制的振動信號（不對稱于零線）38典型傳動部件的故障和其診療方法齒輪振動信號調(diào)制特點3、齒輪副的各階固有頻率由于齒輪嚙合時齒間撞擊（往往由故障所致）而引起的齒輪自由衰減振動。振動表現(xiàn)為衰減曲線，位于高頻區(qū)，幅值較小4、齒輪加工機床分度齒輪的嚙合頻率及其諧波分度齒輪的誤差較大影響到被加工齒輪的齒形精度譜線在嚙合頻率附近。隨著齒輪的跑合，分度誤差的影響會由于齒面磨損而減少，對應頻譜幅值降低(3)齒輪振動頻譜的組成成分39典型傳動部件的故障和其診療方法7.6齒輪故障分析方法

振動和噪聲信號是齒輪故障特征信息的載體，目前能夠通過各種信號傳感器、放大器及其他測量儀器，很方便地測量出齒輪箱的振動和噪聲信號，通過各種分析和處理，提取其故障特征信息，從而診斷出齒輪的故障。

目前常用的信號分析處理方法有以下幾種：頻域分析，包括功率譜、細化譜；時域分析方法，包括時域波形、調(diào)幅解調(diào)、相位解調(diào)等；時頻域分析方法，包括短時FFT，維格納分布，小波分析等；瞬態(tài)信號分析方法，包括瀑布圖等。倒頻譜分析；40典型傳動部件的故障和其診療方法7.6齒輪故障分析方法

由于齒輪的振動頻譜圖包含著豐富的信息，不同的齒輪故障具有不同的振動特征，其相應的譜線會發(fā)生特定的變化。

由于齒輪故障在頻譜圖上反映出的邊頻帶比較多，因此進行頻譜分析時必須有足夠的頻率分辨率。當邊頻帶的間隔（故障頻率）小于分辨率時，就分析不出齒輪的故障，此時可采用頻率細化分析技術提高分辨率。頻率細化分析技術

7.6.1頻譜分析法

41典型傳動部件的故障和其診療方法可選頻帶的頻率細化分析法Zoom-FFTZFFT的步驟為：移頻（復調(diào)制，將要分析的頻帶移到以零為中心對稱的頻帶），低通數(shù)字濾波(對移頻后分析頻帶以外的高頻成分濾波)，重抽樣(降低采樣頻率，提高頻率分辨率)，F(xiàn)FT及譜分析和頻率成分調(diào)整。需要存放中間數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間巨大而限制了最大細化倍數(shù)，低通濾波器性能限制了精度和最大細化倍數(shù)，計算量較大，頻率成分調(diào)整較復雜。42典型傳動部件的故障和其診療方法基于復解析帶通濾波器的細化選帶頻譜分析1）確定中心頻率及細化倍數(shù)。2）構造一個復解析帶通濾波器3）選抽濾波。4）復調(diào)制移頻。5）作點FFT和譜分析，取正頻率部分43典型傳動部件的故障和其診療方法模擬信號實例模擬電流工頻信號50.1Hz，模擬調(diào)制信號頻率0.121Hz，用來驗證在特征頻率很小，被工頻信號淹沒的情況下，基于復解析帶通濾波器的細化選帶頻譜分析方法對于相鄰頻率分量的分離效果。模擬信號采樣頻率為2048Hz，加Hanning窗，進行FFT變換，F(xiàn)FT點數(shù)1024，頻率分辨率為2Hz。圖(b)為未細化的頻譜，由圖我們可以看出，幾個譜峰完全疊加在一起，形成了一個譜峰。44典型傳動部件的故障和其診療方法細化結(jié)果（含校正）理論值細化值細化校正值頻率49.97949.97349.975幅值0.50.47270.4796頻率50.150.09350.102幅值10.96020.9602頻率50.22150.22750.222幅值0.50.47500.4819細化校正結(jié)果如表所示，顯然，經(jīng)過細化分析，模擬調(diào)制信號的載波頻率和調(diào)制頻率成分被完全分離開來，45典型傳動部件的故障和其診療方法頻率細化分析技術應用利用頻譜細化分析技術，對其中900-1100Hz的頻段進行細化分析，由細化譜中可清晰地看出邊頻帶的真實結(jié)構，兩邊頻帶的間隔為8.3Hz，它是由于轉(zhuǎn)動頻率為8.3Hz的小齒輪軸不平衡引起的振動分量對嚙合頻率調(diào)制的結(jié)果。用振動頻譜的邊頻帶進行齒輪不平衡一類的故障診斷時，必須要有足夠的頻率分辨率，否則會造成誤診或漏診，影響診斷結(jié)果的準確性。齒輪振動信號的頻譜分析47典型傳動部件的故障和其診療方法倒頻譜分析對于同時有多對齒輪嚙合的齒輪箱振動頻譜圖，由于每對齒輪嚙合都將產(chǎn)生邊頻帶，幾個邊頻帶交叉分布在一起，僅進行頻率細化分析有時還無法看清頻譜結(jié)構，還需要進一步做倒頻譜分析。倒頻譜能較好地檢測出功率譜上的周期成分，將原來譜上成簇的邊頻帶譜線簡化為單根譜線，便于觀察。而齒輪發(fā)生故障時的振動頻譜具有的邊頻帶一般都具有等間隔（故障頻率）的結(jié)構，利用倒頻譜這個優(yōu)點，可以檢測出功率譜中難以辨識的周期性信號。48典型傳動部件的故障和其診療方法倒頻譜分析優(yōu)點：檢測周期性的能力齒輪箱振動信號邊頻帶的倒譜分析1-嚙合頻率；2，3-高次諧波；A1～A6…80Hz諧波；B1～B6…為50Hz諧波(a)振動信號頻譜包含嚙合頻率(4.3kHz)的三次諧波，由于頻率分辨率太低(50Hz),沒有邊頻帶(b)2000線功率譜（3.5-13.5kHz）包含三次諧波，但不包含兩根軸回轉(zhuǎn)頻率的低次諧波(c)7.5-9.5kHz的細化頻譜看到軸轉(zhuǎn)速形成的邊頻帶(d)倒譜清楚地表明了對應兩根軸回轉(zhuǎn)頻率（80Hz和50Hz）地分量A1,B1

而在高分辯率譜圖(c)中卻難以分辯。49典型傳動部件的故障和其診療方法倒頻譜分析優(yōu)點：精確辨識頻譜中的周期特性功率譜正常狀態(tài)的功率譜無明顯周期性，而從異常狀態(tài)的功率譜中可看出有大量間距為10Hz的邊頻。在倒譜上能清晰的看到兩個倒頻率1）對應于輸入軸轉(zhuǎn)速的倒頻譜諧波35.6Hz。2）10.4Hz的倒頻率因為輸出軸的回轉(zhuǎn)頻率為5.4Hz，其二次諧波為10.8Hz而不是10.4Hz。最后，找到二檔齒輪是調(diào)制源，其回轉(zhuǎn)頻率準確為10.4Hz。由此說明了倒譜辨識周期性的精確度。倒頻譜正常狀態(tài)異常狀態(tài)50典型傳動部件的故障和其診療方法倒頻譜分析由以上分析可以看出，倒頻譜分析對于齒輪故障診斷是一種有效的方法。當頻率分辨率不夠時，將頻率細化分析與倒頻譜分析結(jié)合起來，可得到滿意結(jié)果。51典型傳動部件的故障和其診療方法7.6.2瀑布圖分析法

除了倒頻譜分析方法外，瀑布圖分析方法也可以在齒輪箱故障診斷中應用。

改變齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速并作出相應的振動功率譜，就可以得到瀑布圖。在瀑布圖上，可以清楚地觀察到： 有些譜峰的位置隨輸入軸轉(zhuǎn)速的變化而偏移，它們一般屬于齒輪強迫振動的頻率； 而有些譜峰的位置始終不變，不隨輸入軸轉(zhuǎn)速的變化而改變，這種譜峰就屬于由共振所引起的，這種共振可能是齒輪傳動系統(tǒng)共振，也可能是箱體共振 繪制瀑布圖一般需要有20％以上的轉(zhuǎn)速變化。52典型傳動部件的故障和其診療方法7.6.3時域診斷－同步平均法 應用時域同步平均法可從復雜的振動信號中分離出與參考脈沖頻率相等的最低周期成分以及它的各界諧波成分。 其分析原理如圖所示。53典型傳動部件的故障和其診療方法時域同步平均法的作用應用于齒輪箱的故障診斷時，可從總的振動信號中提取出感興趣的那對嚙合齒輪的振動信號，而把其他部件的振動信號及噪聲抑制掉，從而大大提高了信號的信噪比。由于滾動軸承的內(nèi)環(huán)，外環(huán)或滾動體有損傷時，其振動信號與軸的轉(zhuǎn)動頻率不同步，因此，時域同步平均法也可將齒輪箱中齒輪故障引起的振動與軸承故障引起的振動區(qū)分開來。如果想要得到另一對嚙合齒輪的振動信號，則只需使參考脈沖的頻率等于其齒輪軸的轉(zhuǎn)速即可。54典型傳動部件的故障和其診療方法時域同步平均法 同步時域平均需要保證按特定整周期截取信號。對齒輪信號的特定周期，總是取齒輪的旋轉(zhuǎn)周期。 通常的做法是，在測取齒輪箱振動加速度的同時，記錄一個轉(zhuǎn)速同步脈沖信號。 在作信號的時域平均時，以此脈沖信號來觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器，從而保證按齒輪軸的旋轉(zhuǎn)周期截取信號，且每段樣本的起點對應于轉(zhuǎn)軸的某一特定轉(zhuǎn)角。

隨著平均次數(shù)的增加，齒輪旋轉(zhuǎn)頻率及其各階倍頻成分