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《齿轮传动系统关键零部件故障状态识别方法研究》篇一一、引言齿轮传动系统是机械工程和制造业中广泛使用的关键部件，其性能直接影响着整个设备的运行效率和稳定性。
因此，对齿轮传动系统关键零部件的故障状态进行准确识别，对于保障设备正常运行、提高生产效率具有重要意义。
本文旨在研究齿轮传动系统关键零部件的故障状态识别方法，为实际生产中的故障诊断提供理论支持和技术指导。
二、齿轮传动系统概述齿轮传动系统主要由齿轮、轴承、箱体等关键零部件组成。
其中，齿轮和轴承的故障对传动系统的性能影响最大。
齿轮故障主要表现为磨损、点蚀、断裂等；轴承故障则主要表现在内外圈裂纹、滚动体磨损等方面。
这些故障一旦发生，往往会导致整个传动系统的失效，影响生产效率和企业经济效益。
三、故障状态识别方法研究（一）基于信号处理的故障识别方法基于信号处理的故障识别方法主要通过采集齿轮传动系统的振动信号、声音信号等，利用信号处理技术对采集到的信号进行分析和特征提取，从而实现对故障的识别和诊断。
这种方法具有非接触、实时性强的优点，但需要专业的信号处理技术和经验。
（二）基于机器视觉的故障识别方法基于机器视觉的故障识别方法主要通过安装摄像头等视觉传感器，对齿轮传动系统进行实时监测和图像采集，然后利用图像处理和计算机视觉技术对图像进行分析和处理，实现对故障的识别和诊断。
这种方法具有实时性高、准确性高的优点，但需要较高的图像处理技术和算法支持。
（三）基于智能诊断的故障识别方法基于智能诊断的故障识别方法主要利用人工智能技术，如神经网络、支持向量机等，对齿轮传动系统的故障进行智能诊断和预测。
这种方法具有自动化程度高、诊断准确率高的优点，但需要大量的训练样本和计算资源。
四、关键零部件故障状态识别流程1. 数据采集：通过传感器等设备对齿轮传动系统的关键零部件进行实时监测和数据采集。
2. 数据预处理：对采集到的数据进行去噪、滤波等预处理操作，以提高数据的信噪比和准确性。
3. 特征提取：利用信号处理技术或图像处理技术对预处理后的数据进行特征提取，得到反映故障状态的特征参数。
齿轮传动常见故障诊断研究摘要:齿轮及齿轮箱作为机械设备中一种必不可少的连接和传动的通用零部件,在现代工业设备中得到了广泛的应用。
通常我们对于传动系统的诊断,往往采用的是振动监测法,虽然这种方法对于齿轮的在线故障诊断具有重要的意义,但是存在一定的片面性,例如只适用于平稳信号的分析,对齿轮的分布式故障诊断具有好的诊断效果,但是对于局部缺陷,实施的效果却不理想。
基于上述的考虑,小波分析以其良好的时频局部性,成为时频分析方法中发展最为迅速的一种,虽然发展时间不长,但已被广泛应用于很多工程中,仅在故障诊断领域就被用来对齿轮、轴承、旋转机械等的故障进行诊断。
关键词:齿轮传动;小波分析;故障诊断齿轮及齿轮箱作为机械设备中一种必不可少的连接和传动的通用零部件,在现代工业设备中得到了广泛的应用。
可以说,齿轮传动系统是当今世界上应用最为广泛的机械传动机构,而齿轮又是最容易损坏的机械零件之一。
齿轮箱的故障和失效将给整个生产造成巨大的损失。
因此,对于齿轮传动中故障诊断的研究具有非常重要的理论和现实意义。
齿轮传动时齿轮工作所产生的振动是反映齿轮优良的重要指标,齿轮的振动通常伴有噪声,这些噪声会导致传动系统具有不稳定性,而且会导致传动系统失效,使得整个传动系统的瘫痪。
通常我们对于传动系统的诊断,往往采用的是振动监测法,虽然这种方法对于齿轮的在线故障诊断具有重要的意义,但是存在一定的片面性,例如只适用于平稳信号的分析,对齿轮的分布式故障诊断具有好的诊断效果,但是对于局部缺陷,实施的效果却不理想。
基于上述的考虑,小波分析以其良好的时频局部性,成为时频分析方法中发展最为迅速的一种,虽然发展时间不长,但已被广泛应用于很多工程中,仅在故障诊断领域就被用来对齿轮、轴承、旋转机械等的故障进行诊断。
1 齿轮传动常见故障及成因齿轮在运转时,由于齿轮制造误差、装配不当或操作维护不善,会发生各种各样的的齿轮失效。
失效形式又随着齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同。
齿轮传动系统的故障诊断与分析张某某（某某大学机电工程学院，湖南长沙，410083）摘要：齿轮是机械设备中常用的部件,齿轮传动也是机械传动中最常见的方式之一。
在许多情况下，齿轮故障又是导致设备失效的主要原因。
因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要的意义。
本文简要介绍了齿轮故障的发展历史，齿轮故障诊断形式与方法，齿轮故障特征提取以及齿轮传动系统的分析模型和求解方法。
关键词：齿轮传动；故障诊断；分析Analysis and fault diagnosis of gear transmission systemZhangmoumou（College of mechanical engineering of moumou University；Changsha Hunan；410083）Abstract：Gear is the common parts of the mechanical equipment，one of the most common way of gear transmission is mechanical transmission. In many cases, the gear fault is the main cause of equipment failure. So it is very important to diagnose the faults of gear. This paper briefly introduces the development history of gear fault, fault diagnosis of gear form and method, analysis model and the solving method of gear fault feature extraction and the gear transmission system.Key words：gear transmission；fault diagnosis；analysis0引言对齿轮传动系统进行诊断是自故障诊断技术问世以来一直受到人们普遍重视的课题之一,在各类机械设备中,齿轮传动是最主要的传动方式,齿轮传动系统的运行状态往往直接影响到机械设备是否正常工作。
浅谈机械传动齿轮失效的诊断与检修摘要：在机械传动过程中，齿轮传动是一种非常重要的方式。
目前已经应用于几乎所有的机械行业，在国民经济的发展中起着重要的作用，大大提高了机械制造生产的效率。
经过多年的发展，我们发现齿轮传动过程中存在着一些问题，这些问题会导致齿轮传统的作用完全失效或是部分失效。
在齿轮的诊断过程中与检修过程中都存在着一定的难度。
本文试图从齿轮的失效模式入手，对机械传动齿轮的失效诊断与检修进行初步分析。
关键词：机械传动；齿轮；失效；诊断；检修引言机械传动齿轮具有效率高、结构紧凑、工作寿命长以及传动比稳定的优势，在机械传动形式中受到广泛欢迎。
机械传动齿轮的失效模式主要有轮齿折断、齿面胶合、齿面点蚀以及塑性变形等情况，轮齿的啮合不合理时，就极容易造成齿轮结构的超负荷运转或冲击负荷的出现，相对较软的轮齿就会出现塑性变形，甚至会出现飞边、轮齿变圆等问题。
齿轮失去正常齿形后，啮合将会受到更严重的影响，大大降低了机械传动的效率与作用。
但它在诊断过程中需要的技术要求也较高，只有准确判断，才能准确定位问题，并进行改造或检修。
[1]几种常见的齿轮失效模式2.1齿面接触疲劳点蚀齿轮在相对运动过程中，存在着相对滚动与相对滑动同时进行的情况，相对滑动容易产生脉动载荷，这主要是因为它在轮齿接触点两侧有反向摩擦力。
它们将会使齿轮的表现深处产生不断循环的切应力，当其数值超过齿轮材料的疲劳极极值时，就会产生疲劳裂纹。
润滑油会在运动的过程中渗入到这些裂纹中，当温度升高时，它将会进一步增大裂纹的宽度，从而加剧裂纹的出现。
最终剥落一小片金属，形成一个个的小坑，这些小坑就是所谓的点蚀2.2齿面磨损在轮齿齿面的接触过程中，当润滑油不足、油质不清洁现象出现时，会造成齿面磨粒磨损，这种磨损作用将会使齿廓改变，侧隙空间加大，齿轮厚度降低，非常容易导致断齿。
图一齿面接触疲劳点蚀图二齿面磨损2.3齿面胶合在机械传动齿轮结构中，当负荷过大时，会导致温度急剧升高，齿面之间的油膜将会在高温作用下慢慢消失，齿面金属材料将会发生融化现象，附着在接触的齿面上。
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传动系统中一项重要的组成部分，其主要功能是通过变换齿轮的档位来调整发动机输出功率和转速，以适应不同路况和行驶速度的需求。
随着使用时间的增长和工作环境的变化，汽车变速器的齿轮可能会出现各种故障，影响其正常工作。
齿轮故障的及时诊断显得十分重要。
1. 目视观察法：通过直接观察变速器内部齿轮的状态，如齿轮的磨损、脱落、变形等情况，来判断齿轮是否故障。
这种方法简单直观，但需要拆卸变速器，一般用于齿轮故障比较严重的情况。
2. 听觉诊断法：通过听取变速器工作时传出的异常声音，如呼啸、响声等，来判断齿轮是否故障。
这种方法简便快捷，但对操作者的听觉要求比较高，且不能确定具体故障的原因。
3. 振动分析法：通过测量变速器的振动信号，如振动频率、幅值等，来判断齿轮是否故障。
这种方法能够准确判断齿轮的故障类型，但需要专业的振动分析仪器和技术。
6. 数字诊断法：通过连接变速器的控制器，读取车辆故障码和实时数据，来判断齿轮是否故障。
这种方法能够全面了解变速器的工作情况，但需要专业的诊断仪器和技术。
汽车变速器齿轮故障的诊断方法有很多种，每种方法都有其优缺点。
在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的诊断方法，以便及时准确地判断齿轮是否故障，并采取相应的维修措施，保证汽车变速器的正常工作。
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。
关于齿轮传动系统故障诊断技术的研究进展摘要：齿轮传动系统作为如今应用最为广泛的动力传递装置之一，为汽车、航天、冶金、煤矿、核能等众多领域提供了运转和操作的技术手段，因此，对于齿轮传动系统的日常养护及检修工作就要引起高度的重视，一旦出现了故障就会使得整个机器设备无法正常运转，进而影响到整个工程的实施及进展。
因此，设备检修和维护人员应当提前做好齿轮传动系统的故障诊断工作，避免机器运转过程中发生故障，造成不必要的损失。
本文结合当前国内外的有关研究理论，简要介绍了齿轮传动系统故障诊断技术的研究分析，并对有关技术提出了进一步的展望。
关键词：齿轮传动系统；故障诊断；故障分析；特征提取引言一、齿轮传动系统故障诊断方法首先，要想做好齿轮传动系统故障诊断技术的研究工作，首先要掌握齿轮传动系统故障诊断方法。
而齿轮在运动的过程中，会产生多种多样的有特征的变化。
而这些特征的变化会直接表现出齿轮传动系统的运行状态，齿轮传动系统故障诊断的主要方法就是对这些故障特征进行提取，进而通过综合分析来做出准确的判断。
（一）基于振动信号的齿轮传动系统故障诊断方法通过振动信号来对故障进行诊断是当前十分通用的技术之一。
从形式上看，可以将齿轮传动系统看作是弹簧阻尼系统所构成的非线性系统。
由此可以得知，齿轮传动系统在进行时可以传递出许多信号，而这些信号中，包含着不同设备的故障信息。
振动信号是能够在最大程度上呈现出齿轮和轴承运行状态的一个特征，但是由于受到目前现实中众多因素的制约，例如传感器的安装情况等，都会对信号的监测造成影响，甚至会由于这些干扰因素导致信号的获取存在误差，从而影响故障诊断的结果。
（二）基于电流分析的故障诊断方法电流分析故障诊断方法主要是应用于电器系统的齿轮传动系统当中，并且在电动机的应用过程中发挥着十分显著的作用。
由于电动机在工作的过程中，电流的变化并非一直是平稳的，在不同的负荷状态下会呈现出不同的特征，因此，通过电流分析方法对齿轮传动系统进行检测，可以直观地观察到电流发生的变化。
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。
齿轮传动系统的故障诊断方法研究论文齿轮传动系统的故障诊断方法研究内容提要: 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(或信号)发生变化。
因此,在齿轮传动系统的振动信号中,蕴涵有它的健康状态 (故障与无故障)信息,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。
关键词: 齿轮故障;故障诊断;振动;裂纹目录引言 1第一章影响齿轮产生振动的因素 21.1 振动的产生 21.2 振动的故障 2第二章齿轮裂纹故障诊断 42.1 裂纹产生的原因 42.2齿轮裂纹分类、特征、原因及预防措施42.2.1淬火裂纹 42.2.2磨削裂纹 42.2.3疲劳裂纹 52.2.4轮缘和幅板裂纹 6第三章齿轮故障诊断方法与技术展望73.1 齿轮故障诊断的方法73.1.1 时域法73.1.2 频域法73.1.3 倒频谱分析83.1.4 包络分析83.1.5 小波分析方法83.2 齿轮故障诊断技术的展望9结论10致谢11参考文献12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、高自动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(或信号)发生变化。
因此,在齿轮传动系统的振动信号中,蕴涵有它的健康状态(故障与无故障)信息,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。
第一章影响齿轮产生振动的因素1.1 振动的产生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。
汽车传动系统常见故障诊断及维修技术研究汽车传动系统是车辆的核心部件之一，它直接影响着车辆的行驶性能和安全性。
由于传动系统涉及到多个部件，因此也容易出现各种故障。
本文将重点对汽车传动系统常见的故障诊断及维修技术进行研究与探讨。
一、常见故障及其诊断方法1. 变速箱故障变速箱是传动系统的核心组成部分，它的故障会直接影响车辆的行驶性能。
常见的变速箱故障包括挂挡困难、换挡不顺畅、打滑等。
对于这些故障，可以通过以下方法进行诊断：（1）检查变速箱油液：变速箱油液质量不佳或油液量不足会导致变速箱故障，因此可以通过检查变速箱油液的清洁度和油面高度来判断是否需要更换或添加变速箱油液。
（2）检查离合器：变速箱故障与离合器也有一定关系，因此可以通过检查离合器的磨损程度和操作状态来判断是否需要更换离合器。
（3）检查传感器：现代汽车变速箱多配备有传感器，可以通过检查传感器的工作状态来判断变速箱是否存在故障。
2. 轴承故障车辆的传动系统中包含多个轴承，它们的故障会导致传动系统噪音增大、振动加剧等现象。
诊断轴承故障可以通过以下方法：（1）听声识别：通过加速时是否有异响、高速行驶时是否有呼呼声等来判断轴承是否存在故障。
（2）震动测试：通过车辆行驶时的震动程度来判断轴承的工作状态。
3. 同步器故障同步器是用于实现变速箱换挡顺畅的重要部件，当同步器故障时，会导致换挡不顺畅、变速箱异响等问题。
对于同步器故障的诊断，可以通过以下方法进行判断：（1）换挡测试：通过测试各挡位的换挡顺畅度来判断同步器是否存在故障。
（2）同步器齿轮检查：检查同步器齿轮的磨损情况来判断同步器是否需要更换。
二、维修技术研究变速箱是汽车传动系统中最为复杂的部件之一，其维修技术也比较复杂。
变速箱的维修通常需要借助专业设备和技术，例如变速箱分解清洗、变速箱电脑诊断等。
对于不同类型的变速箱（手动变速箱、自动变速箱、双离合变速箱等），其维修技术也有所不同，需要针对特定的变速箱类型进行维修操作。
齿轮传动系统的故障诊断方法研究内容提要: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（或信号）发生变化。
因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态（故障与无故障）信息，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。
关键词:齿轮故障;故障诊断;振动;裂纹目录引言 (1)第一章影响齿轮产生振动的因素 (2)1.1 振动的产生 (2)1.2 振动的故障 (2)第二章齿轮裂纹故障诊断 (4)2.1 裂纹产生的原因 (4)2.2齿轮裂纹分类、特征、原因及预防措施 (4)2.2.1淬火裂纹 (4)2.2.2磨削裂纹 (4)2.2.3疲劳裂纹 (5)2.2.4轮缘和幅板裂纹 (6)第三章齿轮故障诊断方法与技术展望 (7)3.1 齿轮故障诊断的方法 (7)3.1.1 时域法 (7)3.1.2 频域法 (7)3.1.3 倒频谱分析 (8)3.1.4 包络分析 (8)3.1.5 小波分析方法 (8)3.2 齿轮故障诊断技术的展望 (9)结论 (10)致谢 (11)参考文献 (12)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、高自动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（或信号）发生变化。
因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态（故障与无故障）信息，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。
第一章影响齿轮产生振动的因素1.1 振动的产生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1-1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1-1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。
图1-1 直齿轮啮合刚度变化图1.2 振动的故障当齿轮存在大周期故障时，如运动偏心和几何偏心，则仿真出来的齿轮啮合振动信号的频谱图形如图1-2所示。
由图中可以知道，随着齿轮大周期误差幅值的增大，谐波分量的幅值也会线性增大。
而以啮合频率为中心以旋转频率为间隔的边带频率是由于信号调制产生的，即高频的齿轮啮合频率受到齿轮的旋转频率的调制，且随着大周期误差的增大而增大。
图1-2 齿轮偏心时的频谱图当齿轮存在诸如点蚀剥落等小周期误差时，则仿真出来的齿轮啮合振动信号的频谱图形如图1-3所示。
齿轮在运转过程中存在小周期误差时齿轮的运转速度大小会有所变化，当小周期误差大时这种现象会更加严重。
根据频率调制理论可知，齿轮的运转振动信号的频谱图会形成啮合频率及其高次谐波以及分布在它们周围的以旋转频率为间隔的边带成分，它们的振幅随故障的恶化而加大。
图1-3 齿轮点蚀剥落故障时的频谱图第二章齿轮裂纹故障诊断2.1 裂纹产生的原因齿轮出现的裂纹，按其形成特点，可分为两大类:工艺裂纹和使用裂纹。
工艺裂纹是生产齿轮的工艺不当而造成的材料缺陷所致，并在一定载荷条件下失稳扩展造成齿轮失效，如铸造裂纹，锻轧裂纹，焊接裂纹、热处理裂纹(邓淬火裂纹)、磨削裂纹等;而使用裂纹是在零件使用过程和环境中产生的，并进而扩展造成齿轮失效，如疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等。
2.2齿轮裂纹分类、特征、原因及预防措施2.2.1淬火裂纹如图2-1图2-1淬火裂纹特征：在淬火时产生，多数呈发丝状，有时能自行扩展。
裂纹有的沿齿根圆角半径方向，有的在齿的两个端面，也有的穿越齿顶或存在在齿的端面的表面硬化层与心部的交界处。
较大裂纹的初始部位常有锈蚀或氧化的痕迹。
淬火的裂纹也可能在齿轮使用一段时间后才见到。
它常为其他损伤形式（如疲劳断齿）的根源。
原因：主要是淬火过程中产生过大的内应力。
它通常由不合适的淬火工艺，如升温过急、淬火过急、淬火过缓等引起。
齿的端面上的裂纹，通常由硬化层与心部交界处的相变不协调引起。
预防措施：根据齿轮材料、尺寸、结构和工作要求制订合理的淬火工艺规程，并严格加以控制，防止淬火速度过高或过低，淬火温度不合适。
对淬火后的齿轮应严格检验。
2.2.2磨削裂纹如图2-2图2-2磨削裂纹特征：在磨削过程中产生，常在齿面上有几乎平行的短裂纹或网状裂纹。
平行裂纹通常比网状裂纹深。
磨削裂纹一般较浅，肉眼不易发现，需用磁粉探伤或用5%硝酸乙醇腐蚀液处理等方法才能检测。
有时磨削裂纹是潜在的，要在闲置若干时间或加载工作后才显示出来。
原因：主要由磨削过程中的热引起，也可能是由热处理工艺不合理（在热处理过程中形成了对磨削过热敏感的金相组织）引起。
磨削过热可能是由于磨削工艺参数选择不正确，砂轮不合格或选用不当、冷却措施不适当等。
某些对磨削过热敏感的齿轮材料，更易产生磨削裂纹。
预防措施：选择适当的磨削工艺，控制进给量和磨削速度，加强冷却措施，选用不易磨裂的材质和合适的热处理工艺。
适当选用合适的砂轮，并注意对其修整和平衡；采用具有断续工作表面的砂轮，以降低表层的热应力。
2.2.3疲劳裂纹如图2-3图2-3疲劳裂纹特征：应力为重复交变；裂纹源常为齿轮表面应力集中处，如齿根圆角、加工刀痕及材料缺陷处；尾端尖细，微观主要呈穿晶扩展，其总趋势与主应力想垂直。
原因：交变应力水平过高，材料缺陷与应力集中源影响严重。
预防措施：控制交变应力水平，设计时应避免过小的齿根圆角，控制工艺因素减少不允许的表面及材料内部缺陷。
2.2.4轮缘和幅板裂纹如图2-4 图2-5图2-4 轮缘裂纹图2-5 幅板裂纹特征：轮缘裂纹通常发生在两相邻齿之间的齿根部。
辐板裂纹有的是由轮缘裂纹沿径向扩展而成，有的是在辐板自身中产生，不一定扩展到轮缘。
原因：轮缘断裂通常是轮齿齿根圆角疲劳裂纹发展的结果。
齿轮某部分的参残余应力过高，也回形成并促使疲劳裂纹扩展。
对镶套式齿轮，轮缘与轮心的过盈量过大也可引起轮缘断裂。
辐板损伤，多因辐板强度不足，应力集中或振动等因素引起。
预防措施：轮缘及辐板的尺寸应满足强度要求。
以局部应力集中因素，如切削刀痕、磨削与淬火裂纹、轮缘与辐板过渡处的尖锐圆角等，应设法减少或消除。
在结构设计上应采取减振、防振措施。
对镶套齿轮，应按适当控制过盈量。
第三章齿轮故障诊断方法与技术展望3.1 齿轮故障诊断的方法在各种齿轮故障诊断方法中，以振动检测为基础的齿轮故障诊断方法具有测量简便、实时性强等优点，通过测量齿轮运行过程中所产生的振动信号，作为故障诊断的重要信息来源，是一种理想的齿轮传动状态的在线运行监测工具。
振动检测和故障诊断的关键是怎样从复杂的振动信号中提取和分离与齿轮故障特征有关的微弱信息。
目前研究和应用的振动检测与故障诊断的方法可以分为以下几类：3.1.1 时域法在状态监测和故障诊断的过程中，我们常常会直接利用振动时域信号进行分析并给出结果，这是最简单且最直接的方法，特别是当信号中明显含有简谐成分、周期成分或瞬时脉冲成分时更为有效。
当然这种方法要求分析人员具有比较丰富的实际经验。
振动时域波形是一条时间历程的波动曲线。
根据测量所用传感器类型的不同，曲线的幅值可代表位移、速度或加速度。
进行波形分析时，主要采用如下特征量，也称示性指标：（1）振动幅值，振动幅值包括峰值、有效值（均方根值）和平均幅值，其中峰值又分为零峰值和峰-峰值。
（2）振动周期与频率，不同的故障源通常会产生不同频率的机械振动，因此频率分析在故障诊断中占有十分重要的地位。
（3）相位，在实际应用中，相位主要用于比较不同振动运动之间的关系，或确定一个部件相对于另一个部件的振动状况。
通常不同振源产生的振动具有不同相位。
（4）其它指标为了有效描述复杂的振动，在实际应用中也经常使用一些示性指标如：偏度、峭度，有时还需要利用一些无量纲示性指标来完成诊断或进行趋势分析，如：峰态因数、波形因数、脉冲因数、峰值因数、裕度因数等无量纲示性指标。
它们的诊断能力由大到小依次为：峰态因数----裕度因数----脉冲因数----峰值因数-----波形因数。
3.1.2 频域法频谱分析是在频域中对原信号分布情况的描述，通常能够提供比时域波形更加直观的特征信息。
因此频谱〔包括功率谱和幅值谱等）被广泛用作为故障诊断的依据。
频谱可以通过傅里叶变换的方式获取。
值得一提的是，机器振动频谱中，有些振动分量虽然较大，但不随时间而变化，对机器的正常运行也不会构成什么威胁。
相反有一些幅值较小，但增长很快的频率分量却往往预示着故障的产生和发展，应该引起足够的重视。
3.1.3 倒频谱分析齿轮振动的频谱通常主要表现为啮合频率及谐波的边带，这种边带的产生是齿轮轴的转频调制齿轮轴的啮合频率而产生。
在正常运转情况下，它们保持不变。
齿轮出现故障时，边带的数目和幅值发生变化。
如上所述，轮齿发生裂纹时，故障齿轮每转都会产生一次局部调制，由于齿轮箱结构复杂，多种调制现象可能同时存在，每种调制现象都会产生不同系列的等间隔周期频谱。
因为它们与调制波源相关，这些边带包含丰富故障诊断信息。
根据利用FFT进行时-频域转换的概念，可以将频谱分析结果再次利用FFT技术转换到一个新的分析域中。
这样就形成了所谓的倒频谱分析。
倒频谱具有检测和分离频谱中周期性成分的能力，会使原来谱图上成族的边频谱线简化为倒频谱上的单根谱线，从而使频谱中的复杂周期成分变得清晰易辨，以利于故障诊断。
这种方法的缺点是倒谱的幅值大小对裂纹长度的发展不敏感，不易进行故障定位。
3.1.4 包络分析包络分析就是提取载附在高频信号上的低频信号，从时域上看，为取时域波形的包络轨迹。
像具有齿轮、轴承等零部件的旋转机械故障诊断常常用到包络分析。
