什么是齿频？齿轮重复模式 • 便携式平衡机、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡 什么是齿频？齿轮重复模式 • 便携式平衡机、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡

什么是齿频？齿轮齿形重复

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了解狩猎齿频率

定义：什么是狩猎齿频率？

狩猎牙齿频率 （HTF，也称为组装相位频率或最大公约数频率）是一种低频信号 振动 齿轮副中的一个分量，表示小齿轮和大齿轮上同一齿再次接触的频率。该频率由每个齿轮齿数的最大公约数 (GCD) 决定，并表现为调制频率，产生 边带 周围 齿轮啮合频率（GMF）.

齿轮振荡频率具有诊断意义，因为 HTF 处的振动表明特定单个齿轮存在问题（例如齿轮裂纹、局部磨损或偏心），而不是齿轮的一般状况，这有助于确定齿轮缺陷的确切位置和性质。.

数学基础

计算方法

HTF 的计算方法是使用牙齿数量的最大公约数 (GCD)：

公式

  • HTF = GCD(N₁, N₂) × RPM小齿轮 / 60
  • 其中 N₁ = 小齿轮上的齿数
  • N₂ = 齿轮齿数
  • GCD = N₁ 和 N₂ 的最大公约数

实例

例1：狩猎牙齿对

  • 小齿轮： 23齿，转速1800转/分
  • 齿轮： 67颗牙齿
  • GCD(23, 67): 1（质数，没有公因数）
  • HTF = 1 × 1800 / 60 = 30 Hz （与小齿轮轴转速相同）
  • 意义： 每个小齿轮齿都与每个大齿轮齿啮合，然后重复相同的啮合模式。
  • 结果： 狩猎齿轮——最佳磨损分布

例2：非狩猎配对

  • 小齿轮： 20齿，转速1800转/分
  • 齿轮： 60颗牙齿
  • GCD(20, 60): 20
  • HTF = 20 × 1800 / 60 = 600 Hz
  • 意义： 同样的20对齿轮反复啮合
  • 结果： 同一颗牙齿出现集中磨损模式

例 3：中间情况

  • 小齿轮： 18齿，转速3600转/分
  • 齿轮： 54颗牙齿
  • GCD(18, 54): 18
  • HTF = 18 × 3600 / 60 = 1080 Hz
  • 图案： 18个不同的牙齿接触对重复出现

狩猎装备套装与非狩猎装备套装

狩猎齿设计（GCD = 1）

当牙齿编号互质（没有公因数）时即可达到此效果：

  • 优点：
    • 每个小齿轮齿最终都会与每个大齿轮齿啮合。
    • 磨损均匀分布在所有牙齿上
    • 制造误差平均化
    • 更长的齿轮寿命
    • 大多数应用场景的首选
  • 缺点：
    • 特定的齿轮缺陷会在轴转速下产生振动（HTF = 轴转速）
    • 可能需要更精密的制造工艺

非狩猎设计（GCD > 1）

当牙齿编号具有共同特征时，就会发生这种情况：

  • 优点：
    • 更简单的牙齿数量选择
    • 可能允许使用标准齿轮尺寸
  • 缺点：
    • 相同的牙齿反复啮合（仅限GCD唯一配对）
    • 磨损集中在同一对牙齿上。
    • 每个周期都会重复出现特定齿的制造误差
    • 齿轮寿命通常较短
    • 优质变速箱设计中通常避免这种情况

振动特征

HTF 作为边带间隔

HTF主要表现为GMF周围的边带间隔：

  • 中央峰： GMF（齿轮啮合频率）
  • 侧边栏： GMF±HTF、GMF±2×HTF、GMF±3×HTF
  • 解释： HTF间距处的侧带表明个别牙齿存在缺陷或偏心。
  • 振幅： 边带振幅指示局部缺陷的严重程度

诊断模式

单颗受损牙齿

  • 在 GMF 周围的 HTF 间距处存在强烈的边带
  • HTF = 损坏齿轮的轴转速
  • 缺陷齿轮每旋转一周，就会受到一次冲击。
  • 时域波形显示周期性脉冲

齿轮偏心率

  • 来自径向跳动（偏心安装）的 HTF 边带
  • 齿轮啮合深度每转变化一次
  • 产生巨磁场的振幅调制
  • 可通过重新安装或跳动补偿进行校正

牙齿间距不均

  • 牙齿间距制造误差
  • 在 HTF 处创建重复模式。
  • 如果在公差范围内，可能需要更换齿轮或验收。

实用诊断

识别缺陷齿轮

确定哪个齿轮（小齿轮或主齿轮）存在缺陷：

  1. 计算两个轴的转速： 输入和输出转速
  2. 测量边带间距： 从振动频谱
  3. 比较： 如果边带间距等于输入轴频率 → 小齿轮缺陷
  4. 比较： 如果边带间距 = 输出轴频率 → 齿轮缺陷
  5. 结论 边带间距可以确定哪个轴（以及哪个齿轮）存在问题

严重程度评估

  • 边带幅度： 振幅越高，表明局部缺陷越严重。
  • 边带数量： 边带越多（阶数越高），表明状况越差
  • 时间波形： 清晰的周期性脉冲证实了单个牙齿的冲击。
  • 与GMF的比较： GMF振幅的边带大于25%表明存在显著缺陷

设计考虑

选择牙齿编号

齿轮设计的最佳实践：

  • 使用质数： 确保 GCD = 1（狩猎齿设计）
  • 避免常见因素： 不要使用像 20:60 (GCD=20) 这样的牙齿计数方法
  • 优秀搭配示例： 17:51、19:57、23:69（所有时间的最大公约数均为 1）
  • 权衡： 可能会略微限制齿轮比的选择。

非狩猎行为可接受

  • 低负载应用，磨损不严重。
  • 标准齿轮组，需要精确的传动比
  • 短寿命应用（磨损分布不太重要）
  • 当制造优势超过耐磨性考虑因素时

与其他齿轮频率的关系

变速箱中的频率层级

  • 轴转速： 输入和输出均为 1 倍（最低频率）
  • HTF： 等于轴转速（摆动式设计）或更高（非摆动式设计）
  • GMF： 齿数 × 轴转速（最高一次频率）
  • GMF谐波： 2×GMF、3×GMF 等（源于非线性）

边带分析策略

  • 轴转速间隔处的边带 → 偏心齿轮或单个齿缺陷
  • HTF间距处的边带（如果HTF≠轴速）→重复齿形问题
  • 无明显边带 → 磨损均匀或设备状况良好

齿轮振荡频率（HTF）虽然是齿轮动力学中一个细微的方面，却能提供强大的诊断信息。理解 HTF 的计算方法并识别 HTF 的边带，可以精确地确定哪个齿轮存在缺陷，以及问题是出在某个特定的损坏齿上还是更广泛的故障区域，从而指导齿轮箱故障排除中的针对性维护措施。.

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