14
第九章 齿轮常见故障与诊断
三、齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法 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，可采用频率细化技术提高分辨率。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
15
第九章 齿轮常见故障与诊断
倒频谱能够明显 地显示出功率谱上 的周期成分，将原 来成族的边频带谱 线简化为单根谱线， 便于观察。可由此 检测出齿轮故障时 振动频谱中的等间 隔边频带。
齿距偏差：齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差，如 左图中的大齿轮。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
齿形误差： 渐开线齿廓 有误差，如 右图所示。
4
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）装配不良：工作状态劣化。 图(a)：齿轮轴不平行时，会在齿宽方向只有一端接触， 或者出现齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在 齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动扭矩， 图(b)：齿的局部承受过大的载荷，有可能造成断齿。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
5
第九章 齿轮常见故障与诊断
（3）润滑不良： 对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局部过
热，造成色变、胶合等故障。 导致润滑不良的原因是多方面的，如：油路堵
塞、喷油孔堵塞，润滑油中进水、润滑油变质、 油温过高等都会造成齿面润滑不良。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
8
第九章 齿轮常见故障与诊断
从一个齿轮开始啮合到下一个齿轮进入啮合， 齿轮的啮合刚度就变化一次，由此可以计算出齿轮 的啮合周期及频率。
齿轮啮合刚度的变化频率称为啮合频率。
啮合频率fc：
fc 6n10Z1 6n20Z2
式中：n1、n2主、从动轮转速，Z1、Z2主、从动轮 的齿数。
齿轮常见故障与诊断
11
第九章 齿轮常见故障与诊断
一组频率间隔较大的脉冲函数和一组频率间隔较 小的脉冲函数的卷积，在频谱上就形成若干组围绕 啮合频率及其倍频成分两侧的边频族。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
12
第九章 齿轮常见故障与诊断
（2）频率调制
齿轮载荷不均匀、齿距不均匀及故障造成的 载荷波动，除了对振动幅值产生影响外，同时也 必然产生扭矩波动，使齿轮转速产生波动。这种 波动表现在振动上即为频率调制(也可以认为是相 位调制)。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
16
第九章 齿轮常见故障与诊断
四、齿轮常见故障信号特征与精密诊断
1、正常齿轮的时域特征与频域特征
（1）时域特征
正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的
衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波
形。
（2）频域特征
正常齿轮的信号反映在功率谱上，有啮合频
率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
9
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、幅值调制与频率调制 齿轮振动信号的调制现象中包含有很多故障信
息，从频域上看，信号调制的结果是使齿轮啮合 频率周围出现边频带成分。
信号调制可分为两种：幅值调制和频率调制。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
10
第九章 齿轮常见故障与诊断
故障齿轮
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
2
第九章 齿轮常见故障与诊断
一、齿轮故障的常见形式与原因
1. 齿轮故障的常见形式： (1)齿面磨损 (2)齿面胶合和擦伤 (3)齿面接触疲劳 (4)弯曲疲劳与断齿
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
3
第九章 齿轮常见故障与诊断
2. 主要原因： (1) 制造误差:偏心、齿距偏差和齿形误差等。 偏心:齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重 合，如左图中的小轮。
课程回顾：
往复机械故障特点及影响因素 气阀故障原因及信号特征 敲缸故障原理及信号特征 拉缸故障原理及信号特征 管网振动故障原理及信号特征
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
1
第九章 齿轮常见故障与诊断
本章重点： 1、齿轮故障形式、形成原因及振动机理 2、正常齿轮的时域与频域特征 3、齿轮均匀磨损的时域与频域特征 4、齿轮偏心的时域与频域特征 5、齿轮不同轴的时域与频域特征 6、齿轮局部异常的时域与频域特征 7、齿距误差的时域与频域特征 8诊断
（4）超载 对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置(例如矿石破
碎机、采掘机等)，经常会出现过载现象，如果没有 适当的保护措施，就会造成轮齿过载断裂，或者长 期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。 （5）操作失误
操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，都 会造成齿轮损伤、损坏。
次谐波依次减小；在低频处有齿轮轴旋转频率及
其高次谐波。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
17
第九章 齿轮常见故障与诊断
2、故障情况下振动信号的时域特征与频域特征
（1）均匀磨损
齿轮均匀磨损是 指由于齿轮的材料、 润滑等方面的原因或 者长期在高负荷下工 作造成大部分齿面磨 损。
时域特征：正弦波 的啮合波形遭到破坏
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
7
第九章 齿轮常见故障与诊断
二、齿轮的振动机理
1、齿轮的力学模型分析 齿轮具有一定的质量，轮齿可看作是弹簧，所
以若以一对齿轮作为研究对象，则该齿轮副可以 看作一个振动系统。
齿轮的振动主要是由k(t)
的这种周期变化引起的。
k(t) 为周期性的变量：一
是随着啮合点位置而变化， 二是参加啮合的齿数在变 化。
（1）幅值调制 幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的影响而
造成的。幅值调制从数学上看，相当于两个信号在时域 上相乘；而在频域上，相当于两个信号的卷积。
载波信号频率相对来说较高；调制信号频率相对于载 波频率来说较低。在齿轮信号中，啮合频率成分通常是 载波成分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。
2/8/2021
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
18
第九章 齿轮常见故障与诊断
频域特征：齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断
13
第九章 齿轮常见故障与诊断
对于齿轮传动，任何导致产生幅值调制的因素也同时 会导致频率调制。两种调制总是同时存在的。对于质量 较小的齿轮副，频率调制现象尤为突出。
频率调制即使在载波信号和调制信号均为单一频率成 分的情况下，也会形成很多边频成分。
2/8/2021
齿轮常见故障与诊断