论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法分析

汽车变速器齿轮故障诊断方法综述引言汽车变速器是汽车的重要组成部分，通过变速器的调节可以使汽车的运行速度和牵引力得到适当控制。

汽车变速器齿轮是变速器的主要传动部件，对于汽车行驶的安全性和行驶质量起着至关重要的作用。

齿轮故障是变速器故障中最为常见的一种，本文将对汽车变速器齿轮故障的诊断方法进行综述。

一、齿轮故障种类1.齿轮磨损：由于变速器的长期使用，齿轮表面不可避免地受损。

齿轮磨损主要分为轮齿面磨损和齿根磨损。

2.齿轮断裂：齿轮常常因为过载、冲击剧烈等发生断裂故障。

3.齿轮啮合不良：齿轮啮合不良会导致变速器发生异常响声、加速困难等问题。

1. 声音诊断法汽车变速器齿轮故障通常会产生异常的响声，因此通过听觉诊断可以初步判断是否产生了齿轮故障。

诊断者可以将耳朵靠近变速器，同时让汽车启动空转，听到变速器发出的声音是否异常。

2. 探伤针检查法对于轮齿面磨损、齿根磨损等齿轮表面损坏，诊断人员可以通过用探伤针在齿轮表面进行检查，判断是否存在凹坑或者磨损等问题。

同时，通过观察探伤针的力度，可以初步判断损坏的程度和范围。

3. 油液检查法变速器内部有润滑油，如果齿轮损坏，一般情况下润滑油是会出现颜色变黑、粘稠度变高等异常的情况。

如果发现润滑油异常，就可以初步判断是否发生了齿轮故障。

同时，人们可以通过对润滑油进行化学成分分析，判断是否存在金属颗粒等物质。

如果进行初步的诊断后，还无法确定齿轮故障，那么诊断人员可以选择对变速器进行拆解检查。

通过对影响齿轮工作的各个零部件进行检查，有助于确定齿轮损坏的位置和程度。

结论汽车变速器齿轮故障的诊断方法主要分为：声音诊断法、探伤针检查法、油液检查法、拆解检查法等。

通过以上的方式可以初步判断汽车变速器齿轮是否出现故障，为汽车维修提供参考。

研究生课程考核试卷科目：设备状态监测与故障诊断教师：谢志江教授姓名：徐卫刚学号：20110702043 专业：机械制造及其自动化类别：学术上课时间：2012 年 4 月至2012 年 6 月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制1. 论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法1.1 齿轮啮合频率产生的机理每当一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次。

齿轮刚度的变化频率即啮合频率，是指齿数与旋转轴转动频率的乘积。

其计算公式为：6060***22112211n z n z f f z f z f z f z r r r z ==⇒===式中： 1z 、2z —主、从动齿轮的齿数；1n 、2n —主、从动齿轮的转速（r/min ）。

无论齿轮处于正常状态还是故障状态，在齿轮的振动信号中，啮合频率振动分量及其谐波始终都是存在的，但两种状态下的振动水平是有差异的。

经过分析得到齿轮啮合频率产生的原因主要有以下三个：（1）平均载荷的变化为了使两齿轮能够连续地传动，必须保证齿轮传动的重合度大于或等于相应重合度许用值，这些许用值都大于1。

一对齿轮在传动过程中，每个轮齿周期地进入和退出啮合。

齿轮传动的这种特点决定齿轮啮合区有两种：单齿啮合区和双齿啮合区。

在单齿啮合区内，全部载荷由一对轮齿承担；当一旦进入双齿啮合区，则载荷由两对轮齿按其啮合刚度(啮合轮齿在其啮合点处抵抗挠曲变形和接触变形的能力)的大小分配承担。

在单、双齿啮合区的交变位置，每对轮齿所承受的载荷将发生突变，由1个平均载荷变为0.5个平均载荷，再由0.5个平均载荷变为1个平均载荷，如此循环交替。

齿轮每转一圈，其载荷变化次数等于其齿数Z ，变化次数再乘以其转速（s r /）就是齿轮的啮合频率f z 。

齿轮传动时每个轮齿周期地进入和退出啮合的特点决定了平均载荷的变化是齿轮产生啮合频率的主要原因之一。

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%。

简析机械齿轮故障的机理及其特性近几年来，我国的市场经济日益繁荣，科学技术水平不断提升，机械制造行业也进入了快速发展阶段。

在进行机械制造时，机械齿轮是重要的元件，如果齿轮出现了故障，就会影响机械制造的效率和水平，阻碍机械制造行业的可持续发展。

齿轮在出现故障时会发生振动，振动的频率不同，齿轮故障类型也不同，为了对齿轮故障进行精确分析，采用科学的应对举措，了解机械齿轮故障机理及其特性势在必行。

1 齿轮出现故障后的常见表现1.1 齿面破损在机械制造的过程中，会出现齿面破损的问题。

在机械制造的过程中，为了提高工作效率，加速齿轮运转，经常要应用润滑油等对齿轮进行润泽。

一些润滑油的质量较差，里面存在大量的污浊物体，当对齿轮添加润滑油时，润滑油中的污浊物体会进入到齿轮之中，加大齿轮之间的缝隙，导致齿面发生磨损，如果齿轮处在高速运转的状态下，润滑油中的污浊物甚至会导致齿轮的断裂。

1.2 齿面划痕在机械制造的过程中，会出现齿面划痕的问题。

在齿轮工作的过程中，轮齿会高速运转，而高速运转会产生大量的热量。

在齿轮的表面附着一层润滑油，一些润滑油对温度的敏感度比较高，当热量较多，温度较高时，齿轮表面润滑油的油膜会出现破裂的情况。

当油膜破裂之后，齿轮的两个齿面会粘结在一起，如果没有对齿面进行分离，齿面的划痕将持续加深，外部摩擦力将持续加大，阻碍齿轮的正常应用。

1.3 齿面剥落在机械制造的过程中，会出现齿面剥落的问题。

齿轮在应用过程中会呈现出不同的运动状态：第一种运动状态是滚动状态；第二种运动状态是滑动状态，摩擦力的方向不同，齿轮的运动方向也不尽相同。

当节点两侧摩擦力的作用方向相反，齿轮运动会受到一个水平的推力，齿面的两侧会出现不同的脉动情况，当脉动值超过齿面的预应力，就会使齿轮材料陷入疲乏状态，出现纵向裂纹和横向裂纹。

如果此时没有将齿轮换下，继续应用齿轮，就会扩大裂纹的纵深面积和水平扩散面，形成金属剥落结构。

在齿轮表面，经常可以看到金属脱落，出现坑洼的现象，这一现象就被称为齿面点蚀，如果点蚀的面积持续扩大，连成了一片，齿轮的表面材料就会发生整体脱落。

一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法一、齿轮啮合频率的机理由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮合，啮合区的大小则由重叠系数ε决定。

因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，引起齿轮的振动.这两者形成了啮合频率fz 及其谐波Nfz ，其计算式为:60z nZf =式中 Z ——齿轮的齿数；n ——轴的转速，/min r 。

60z nZNf N =⋅式中N —自然数，1，2，3，……。

N=1称为基波，即啮合频率；N = 2，3，……时，称为二次，三次…谐波。

啮合频率fz 及其谐波Nfz 的频谱特点：①初始状态，啮合颇率的幅值最高，各次谐波的幅值依次减小(图1的实线部分)；②随着齿轮磨损的增加，渐开线齿廓逐渐受到破坏，使齿轮振动加剧，此时啮合频率及其各次谐波的幅值逐渐增大，而且各次谐波幅值的增加比啮合频率快得多(图中虚线所示)； ③磨损严重时，二次谐波幅值超过啮合频率幅值。

图1 啮合频率及其谐波图2 严重磨损时的啮合频率及其二次谐波由频谱图上啮合频率及其谐波幅值的增量可判断出齿轮的磨损程度。

啮合频率分析：（1）负载和啮合刚度的周期性变化负载和啮合刚度的变化可用两点来说明：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。

如渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。

显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理单齿啮合时，载荷由一个齿承担，此时齿轮的啮合刚度较小。

从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的负载和啮合刚度就变化一次，所以齿轮的负载和啮合刚度周期性变化的频率与齿轮旋转频率成整数倍关系。

（2）节线冲击的周期性变化齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动，又有相对滑动。

齿轮故障分析及诊断方法的比较[摘要]这里对齿轮故障机理进行了分析，揭示了齿轮振动信号的故障特征。

对时域分析法、频域分析法、频谱包络分析法、时延相关解调法、小波滤波分析法等故障诊断方法进行了分析比较。

[关键词] 故障诊断时域分析频域分析小波分析一、齿轮故障机理及其振动主要特征齿轮箱是各类机械的变速传递部件。

造成齿轮箱故障的原因，主要是由于设计不当，制造不良和维护操作不善引起的。

常见的齿轮失效形式有四种:即断裂、磨料磨损、粘附磨损或擦伤、以及疲劳剥落。

1．断裂和磨料磨损失效。

齿轮承受载荷，如同悬臂梁，其根部的弯曲应力最大。

由于过载，特别是冲击载荷，会引起整个齿与其相应部分断裂。

当周期性的应力过高时，也会引起疲劳断裂。

当轮齿工作面间有金属微粒、金属氧化物或其他磨料存在时，会引起磨料磨损。

2．齿面引起粘附磨损或擦伤失效。

这种擦伤是两个啮合的齿面在相对滑动时油膜破裂。

在摩擦和表面压力的作用下产生高温，使接触区内的金属局部熔焊继之以撕裂的现象。

在齿面的滑动方向上可以看到粗糙的、高低不平的条纹，严重时可以看到表面层熔化的迹象。

一般，润滑油粘度过低、转速过低、运行温度过高、齿面上单位面积载荷过大、相对滑动速度过高、以及接触面积过小，均会使油膜易于破裂而造成齿面擦伤。

3．齿面剥落失效。

当齿面的接触应力超过材料允许的疲劳极限时，在表面层开始产生微细的裂纹，继之由小块剥落扩大造成挣开剥落，当剥落的面积不断增大时，齿面上剩余的有效工作面积无法再继续承担外部载荷，从而使整个齿产生断裂。

4．齿面疲劳裂纹失效。

齿轮在啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动。

因此齿面的疲劳裂纹是由于两种应力综合作用的结果。

在滚动中，齿面接触区内的正压力使表面层深处产生剪应力，当此剪应力最大值超过材料的强度极限时，开始出现裂纹。

另一方面，齿面的相对滑动，又会使表面产生拉应力。

齿轮箱装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。

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。

论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法齿轮啮合频率是指齿轮齿数之比乘以齿轮转速之差，它是齿轮啮合过程中产生的基本频率。

齿轮啮合频率产生的机理主要有以下几个方面：1.齿轮齿数之比：齿轮齿数之比是齿轮啮合频率的主要决定因素。

齿轮啮合频率与齿数之比成正比，齿数越多，啮合频率越高。

2.齿轮转速之差：齿轮啮合频率还与齿轮转速之差有关。

当齿轮转速之差增大时，啮合频率也会相应增加。

3.齿白度：齿轮啮合过程中，齿轮齿面的齿白度是产生啮合频率的重要因素。

如果齿轮齿面的齿白度不均匀，会引起齿轮啮合频率的变化。

齿轮故障诊断方法主要有以下几种：1.声音诊断法：通过听齿轮啮合过程中的声音，判断是否存在异常声音。

异常声音可能是因为齿轮齿面磨损、齿面接触不良等故障引起的。

2.振动诊断法：通过测量齿轮转动时的振动信号，判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会引起振动信号的变化，通过对振动信号的分析和比较，可以判断齿轮的故障类型和程度。

3.温度诊断法：通过测量齿轮表面的温度变化，来判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会导致齿轮表面的摩擦产生热量，从而引起温度的升高。

4.油液分析法：通过对齿轮箱中的润滑油进行分析，判断齿轮是否存在故障。

齿轮故障会导致润滑油中金属颗粒和其他杂质的含量增加，通过分析润滑油的成分和性质，可以判断故障的类型和程度。

5.振弦诊断法：通过在齿轮上安装振弦传感器，采集齿轮振动信号，并通过信号分析来判断齿轮是否存在故障。

振弦传感器可以感知齿轮振动的幅值、频率等特征，通过与正常状态下的信号进行比较，可以判断故障的类型和程度。

综上所述，齿轮啮合频率是齿轮啮合过程中产生的基本频率，其机理主要与齿轮齿数之比、齿轮转速之差以及齿白度等因素有关。

针对齿轮故障的诊断方法包括声音诊断法、振动诊断法、温度诊断法、油液分析法以及振弦诊断法等。

这些方法可以通过检测齿轮的声音、振动、温度变化以及润滑油中的杂质等特征，来判断齿轮是否存在故障以及故障的类型和程度。

齿轮的故障诊断齿轮的故障诊断一、齿轮的常见故障齿轮是最常用的机械传动零件，齿轮故障也是转动设备常见的故障。

据有关资料统计，齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。

齿轮故障可划分为两大类，一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等，另一类是齿轮本身（即轮齿）在传动过程中形成的故障。

在齿轮箱的各零件中，齿轮本身的故障比例最大，据统计其故障率达60%以上。

齿轮本身的常见故障形式有以下几种。

1. 断齿断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。

断齿有三种情况：①疲劳断齿由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。

裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。

②过载断齿对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。

③局部断齿当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。

偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿。

局部断齿总是发生在轮齿的端部。

2. 点蚀点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。

在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。

裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。

如此循环变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即点蚀。

点蚀有两种情况：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀）通常只发生在软齿面（HB＜350）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。

原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。

②扩展性点蚀发生在硬齿面（HB＞350）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。

论述齿轮故障诊断常用的方法及其优缺点齿轮是一种常用的传动元件，广泛应用于机械设备中。

传动系统中齿轮的故障对设备的运行造成严重影响，因此及早发现并进行故障诊断十分重要。

目前常用的齿轮故障诊断方法包括声发射技术、振动分析技术、热像技术和油液分析技术等。

声发射技术是一种将振动信号转化为声音信号进行故障诊断的方法。

通过设备表面安装传感器，实时监测设备的声音信号，并通过分析频谱、振幅等参数判断齿轮的故障情况。

声发射技术具有实时性强、便于实施的优点，能够及时发现齿轮故障并进行修复。

然而，该方法需要设备运行时进行监测，容易受到环境噪声的干扰，准确度还受到传感器安装位置的影响。

振动分析技术是一种通过监测设备振动信号进行故障诊断的方法。

通过安装加速度传感器等设备来实时监测设备的振动情况，并通过分析振动信号的频谱、时间域参数等来判断齿轮的故障情况。

振动分析技术具有灵敏度高、准确度好的优点，可以有效诊断齿轮故障。

但是，该方法需要专业的设备和人员进行操作，成本较高并且需要较长的时间进行数据采集和分析。

热像技术是一种通过监测设备表面温度分布进行故障诊断的方法。

通过红外热像仪等设备进行拍摄和分析设备表面的热图，判断设备是否存在异常温度分布，从而判断齿轮的故障情况。

热像技术具有快速、直观的优点，可以实时监测设备的热情况，识别齿轮的故障。

然而，热像技术容易受到环境温度的干扰，而且只能发现故障的存在，无法提供具体故障原因。

油液分析技术是一种通过监测设备工作油液中的杂质、磨粒等物质进行故障诊断的方法。

通过采集设备工作油液样本，并通过分析油液中的化学成分、颗粒物大小等参数来判断齿轮的磨损情况。

油液分析技术具有精确度高、可以提前预警的优点，能够实时监测设备的磨损状态。

但是，该方法需要专业设备和人员进行操作，需要对样本进行准确采集和分析。

综上所述，齿轮故障诊断的常用方法包括声发射技术、振动分析技术、热像技术和油液分析技术等。

每种方法都有其独特的优点和局限性。

齿轮故障诊断方法综述刘飞机0801-1 20080533【摘要】齿轮是机械设备中常用的部件,而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。

介绍了故障的特点和几种诊断方法，并比较了基于粒子群优化的小波神经网络,基于相关分析与小波变换,基于小波包和BP神经网络和基于小波分析等故障诊断方法的优缺点，并提出了齿轮故障诊断的难点和发展方向。

【关键字】齿轮故障诊断诊断方法分析比较发展1.齿轮故障诊断发展及故障特点1.1 齿轮故障诊断的发展齿轮故障诊断始于七十年代初，早期的齿轮故障诊断仅限于在旋转式机械上测量一些简单的振动参数，用一些简单的方法进行诊断。

这些简单的参数和诊断方法对齿轮故障诊断反应灵敏度较低，根本无法准确判断发生故障的部位。

七十年代末到八十年代中期，旋转式机械中齿轮故障诊断的频域法发展很快，其中R.B.Randall和James1.Taylor等人做好了许多有益的工作，积累了不少故障诊断的成功实例，出现了一些较好的频域分析方法，对齿轮磨损和齿根断裂等故障诊断较为成功。

进入九十年代以后,神经网络、模糊推理和网络技术的发展和融合使得齿轮系统故障诊断进入了蓬勃发展的时期。

我国学者在齿轮故障诊断研究方面也做了大量工作。

1986年,屈梁生、何正嘉在《机械故障诊断学》中分析了齿轮故障的时频域特点。

1988年,颜玉玲、赵淳生对滚动轴承的振动监测及故障诊断进行了分析。

1997年,郑州工业大学韩捷等在“齿轮故障的振动频谱机理研究”中对齿轮的故障机理做了探讨。

西安交通大学张西宁等在“齿轮状态监测和识别方法的研究”中提出了一种新方法即基于一致度分析。

1. 2齿轮故障形式与震动特征通常齿轮在运转时,由于制造不良或操作维护不善会产生各种形式的故障。

故障形式又随齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同,常见的齿轮故障形式有齿面磨损、齿面胶合和擦伤、齿面接触疲劳和弯曲疲劳与断齿。

、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法一、齿轮啮合频率的机理由齿轮传动理论可知，渐开线齿廓齿轮在节点附近为单齿啮合，而在节线的两边为双齿啮合，啮合区的大小则由重叠系数&决定。

因此，每对轮齿在啮合过程中承受的载荷是变化的，从而引起齿轮的振动，另外，一对轮齿在啮合过程中两齿面的相对滑动速度和摩擦力均在节点处改变方向，引起齿轮的振动•这两者形成了啮合频率fz及其谐波Nfz，其计算式为nZ f z60式中Z 齿轮的齿数；n轴的转速，「/min 。

nZ60式中N —自然数，1 , 2 , 3 ,……。

N=1称为基波，即啮合频率；N = 2 , 3 ,……时，称为二次，三次…谐波。

啮合频率fz及其谐波Nfz的频谱特点:①初始状态，啮合颇率的幅值最高，各次谐波的幅值依次减小（图1的实线部分）;②随着齿轮磨损的增加，渐开线齿廓逐渐受到破坏，使齿轮振动加剧，此时啮合频率及其各次谐波的幅值逐渐增大，而且各次谐波幅值的增加比啮合频率快得多（图中虚线所示）;③磨损严重时，二次谐波幅值超过啮合频率幅值。

由频谱图上啮合频率及其谐波幅值的增量可判断出齿轮的磨损程度。

啮合频率分析：（1 ）负载和啮合刚度的周期性变化负载和啮合刚度的变化可用两点来说明： 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。

如渐开线直齿轮， 在节点附近是单齿 啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合。

显然，在双齿啮合时，整个齿 轮的载荷由两个齿分担， 故此时齿轮的啮合刚度就较大； 同理单齿啮合时，载荷由一个齿承 担，此时齿轮的啮合刚度较小。

从一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合， 齿轮的负 载和啮合刚度就变化一次， 所以齿轮的负载和啮合刚度周期性变化的频率与齿轮旋转频率成 整数倍关系。

（2 ）节线冲击的周期性变化齿轮在啮合过程中，轮齿表面既有相对滚动， 又有相对滑动。

主动轮带动从动轮旋转时， 主动轮上的啮合点从齿根移向齿顶， 啮合半径逐渐增大， 速度渐次增高；而从动轮上的啮合 点是由齿顶移向齿根， 啮合半径逐渐减小， 速度渐次降低。

机械故障诊断—齿轮故障诊断及分析[摘要]本文介绍了齿轮的几种典型故障的特征及诊断方法。

在齿轮故障诊断过程中，应用振动诊断方法可以解决齿轮的绝大部分问题。

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、高柔性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，是传动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会有很大的影响。

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发生变化。

因此，在齿轮传动系统的所测振动信号中，包含有它的健康状态信息或故障与无故障信息，我们通过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。

一、关于齿轮工作过程中引起振动的振源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。