設備狀態監測與故障診斷技術及應用授課教師：孟波授課班級：過04級授課時間：1-14周課程回顧：往復機械故障特點及影響因素氣閥故障原因及信號特征敲缸故障原理及信號特征拉缸故障原理及信號特征管網振動故障原理及信號特征第九章齒輪常見故障與診斷本章重點：1、齒輪故障形式、形成原因及振動機理2、正常齒輪的時域與頻域特征3、齒輪均勻磨損的時域與頻域特征4、齒輪偏心的時域與頻域特征5、齒輪不同軸的時域與頻域特征6、齒輪局部異常的時域與頻域特征7、齒距誤差的時域與頻域特征8、不平衡齒輪的時域與頻域特征故障齒輪一、齒輪故障的常見形式與原因齒輪故障的常見形式：

(1)齒面磨損 (2)齒面膠合和擦傷

(3)齒面接觸疲勞(4)彎曲疲勞與斷齒

第九章齒輪常見故障與診斷第九章齒輪常見故障與診斷主要原因：

(1)制造誤差:偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心:齒輪（一般為旋轉體）的幾何中心和旋轉中心不重合，如左圖中的小輪。齒距偏差：齒輪的實際齒距與公稱齒距有較大誤差，如左圖中的大齒輪。齒形誤差：漸開線齒廓有誤差，如右圖所示。（2）裝配不良：工作狀態劣化。圖(a)：齒輪軸不平行時，會在齒寬方向只有一端接觸，或者出現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，不能平穩地傳遞動扭矩，圖(b)：齒的局部承受過大的載荷，有可能造成斷齒。

第九章齒輪常見故障與診斷

第九章齒輪常見故障與診斷（3）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。導致潤滑不良的原因是多方面的，如：油路堵塞、噴油孔堵塞，潤滑油中進水、潤滑油變質、油溫過高等都會造成齒面潤滑不良。

第九章齒輪常見故障與診斷（4）超載對于工作負荷不平穩的齒輪驅動裝置(例如礦石破碎機、采掘機等)，經常會出現過載現象，如果沒有適當的保護措施，就會造成輪齒過載斷裂，或者長期過載導致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。（5）操作失誤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。二、齒輪的振動機理1、齒輪的力學模型分析齒輪具有一定的質量，輪齒可看作是彈簧，所以若以一對齒輪作為研究對象，則該齒輪副可以看作一個振動系統。第九章齒輪常見故障與診斷齒輪的振動主要是由k(t)的這種周期變化引起的。

k(t)為周期性的變量：一是隨著嚙合點位置而變化，二是參加嚙合的齒數在變化。第九章齒輪常見故障與診斷式中：n1、n2主、從動輪轉速，Z1、Z2主、從動輪的齒數。嚙合頻率fc：從一個齒輪開始嚙合到下一個齒輪進入嚙合，齒輪的嚙合剛度就變化一次，由此可以計算出齒輪的嚙合周期及頻率。齒輪嚙合剛度的變化頻率稱為嚙合頻率。2、幅值調制與頻率調制齒輪振動信號的調制現象中包含有很多故障信息，從頻域上看，信號調制的結果是使齒輪嚙合頻率周圍出現邊頻帶成分。信號調制可分為兩種：幅值調制和頻率調制。

第九章齒輪常見故障與診斷（1）幅值調制幅值調制是由于齒面載荷波動對振動幅值的影響而造成的。幅值調制從數學上看，相當于兩個信號在時域上相乘；而在頻域上，相當于兩個信號的卷積。載波信號頻率相對來說較高；調制信號頻率相對于載波頻率來說較低。在齒輪信號中，嚙合頻率成分通常是載波成分，齒輪軸旋轉頻率成分通常是調制波成分。第九章齒輪常見故障與診斷第九章齒輪常見故障與診斷一組頻率間隔較大的脈沖函數和一組頻率間隔較小的脈沖函數的卷積，在頻譜上就形成若干組圍繞嚙合頻率及其倍頻成分兩側的邊頻族。（2）頻率調制齒輪載荷不均勻、齒距不均勻及故障造成的載荷波動，除了對振動幅值產生影響外，同時也必然產生扭矩波動，使齒輪轉速產生波動。這種波動表現在振動上即為頻率調制(也可以認為是相位調制)。第九章齒輪常見故障與診斷第九章齒輪常見故障與診斷對于齒輪傳動，任何導致產生幅值調制的因素也同時會導致頻率調制。兩種調制總是同時存在的。對于質量較小的齒輪副，頻率調制現象尤為突出。頻率調制即使在載波信號和調制信號均為單一頻率成分的情況下，也會形成很多邊頻成分。三、齒輪故障診斷常用的信號分析處理方法當邊頻帶的間隔（故障頻率）小于分辨率時，就分析不出齒輪的故障，可采用頻率細化技術提高分辨率。第九章齒輪常見故障與診斷

倒頻譜能夠明顯地顯示出功率譜上的周期成分，將原來成族的邊頻帶譜線簡化為單根譜線，便于觀察。可由此檢測出齒輪故障時振動頻譜中的等間隔邊頻帶。第九章齒輪常見故障與診斷四、齒輪常見故障信號特征與精密診斷1、正常齒輪的時域特征與頻域特征（1）時域特征正常齒輪由于剛度的影響，其波形為周期性的衰減波形。其低頻信號具有近似正弦波的嚙合波形。（2）頻域特征正常齒輪的信號反映在功率譜上，有嚙合頻率及其諧波分量，且以嚙合頻率成分為主，其高次諧波依次減小；在低頻處有齒輪軸旋轉頻率及其高次諧波。第九章齒輪常見故障與診斷2、故障情況下振動信號的時域特征與頻域特征（1）均勻磨損第九章齒輪常見故障與診斷

齒輪均勻磨損是指由于齒輪的材料、潤滑等方面的原因或者長期在高負荷下工作造成大部分齒面磨損。時域特征：正弦波的嚙合波形遭到破壞第九章齒輪常見故障與診斷頻域特征：齒面均勻磨損時，嚙合頻率及其諧波分量n倍頻在頻譜圖上的位置保持不變，但其幅值大小發生改變，而且高次諧波幅值相對增大較多。分析時，要分析三個以上諧波的幅值變化才能從頻譜上檢測出這種特征。隨著磨損的加劇，還有可能產生分數諧波，有時在升降速時還會出現呈非線性振動的跳躍現象。第九章齒輪常見故障與診斷故障實例第九章齒輪常見故障與診斷（2）齒輪偏心齒輪偏心是指齒輪的中心與旋轉軸的中心不重合，這種故障往往是由于加工造成的。時域特征：當一對互相嚙合的齒輪中有一個齒輪存在偏心時，其振動波形由于偏心的影響被調制，產生調幅振動。第九章齒輪常見故障與診斷頻域特征：齒輪存在偏心時，其頻譜結構將在兩個方面有所反映：一是以齒輪的旋轉頻率為特征的附加脈沖幅值增大；二是以齒輪一轉為周期的載荷波動，從而導致調幅現象，這時的調制頻率為齒輪的回轉頻率，比所調制的嚙合頻率要小得多。第九章齒輪常見故障與診斷（3）齒輪不同軸齒輪不同軸故障是指由于齒輪和軸裝配不當造成的齒輪和軸不同軸。不同軸故障會使齒輪產生局部接觸，導致部分輪齒承受較大的負荷。時域特征：時域信號具有明顯的調幅現象。頻域特征：在頻譜上產生以n倍嚙合頻率為中心，以故障齒輪的旋轉頻率為間隔的一階邊頻族。同時，故障齒輪的旋轉特征頻率在頻譜上有一定反映。第九章齒輪常見故障與診斷（4）齒輪局部異常齒輪的局部異常包括齒根部有較大裂紋、局部齒面磨損、輪齒折斷、局部齒形誤差等。局部異常齒輪的振動波形是典型的以齒輪旋轉頻率為周期的沖擊脈沖，如圖所示。具有局部異常故障的齒輪，將以旋轉頻率為主要頻域特征。第九章齒輪常見故障與診斷故障實例第九章齒輪常見故障與診斷（5）齒距誤差齒距誤差是指一個齒輪的各個齒距不相等，存在有誤差。齒距誤差是由齒形誤差造成的。時域特征：在低頻下可以觀察到明顯的調幅特征。頻域特征：頻域上包含旋轉頻率的各次諧波、各階嚙合頻率以及以故障齒輪的旋轉頻率為間隔的邊頻等。第九章齒輪常見故障與診斷（6）不平衡齒輪齒輪的不平衡是指齒輪的質心和回轉中心不重合，從而導致齒輪副的不穩定運行和振動。時域特征：齒輪產生以調幅為主、調頻為輔的振動。頻域特征：在嚙合頻率及其諧波兩側產生邊頻族；同時，受不平衡力的激勵，齒輪軸的旋轉頻率及其諧波的能量也有相應的增加。第九章齒輪常見故障與診斷第九章齒輪常見故障與診斷本章回顧齒輪常見故障及形成原因；

齒輪振動機理；

正常齒輪的時域及頻域特征；故障齒輪的時域及頻域特征1、字體安裝與設置如果您對PPT模板中的字體風格不滿意，可進行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項卡中，點擊“替換”按鈕右側箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點擊“替換