诊断齿轮缺陷

1. 齿轮的振动特征

齿轮是工业机械中动力传输的基本部件。齿轮啮合本身就是一种噪声大且振动剧烈的过程。健康的齿轮会产生非常清晰稳定的振动特征，而偏离该特征则强烈表明齿轮已磨损或损坏。

振动分析 是一种非常有效的方法，可以在齿轮缺陷导致变速箱灾难性故障之前，在早期阶段检测出齿轮缺陷。

2.齿轮啮合频率（GMF）

变速箱分析中最重要的频率是 齿轮啮合频率（GMF）。这是齿轮齿相互啮合的速率。

GMF = 齿轮齿数 × 齿轮转速

在健康的变速箱中， FFT 频谱 将在 GMF 处出现一个明显的峰值，通常伴随着一些小的 谐波 （2xGMF，3xGMF）。GMF峰值的振幅可以指示齿轮的负载。GMF峰值本身较高并不一定表示故障，而表示负载过重。诊断的关键在于观察GMF峰值*周围的*频率。

3. 使用 边带 诊断故障

边带 是诊断特定齿轮问题最有力的工具。这些是出现在GMF及其谐波两侧的小峰值。边带的间距指示了哪个轴出现了问题。

• 磨损或偏心齿轮： 如果齿轮磨损、偏心或存在制造缺陷，它会以自身的转速调节GMF。这将在GMF峰值周围产生间隔为 运行速度（1X） 该特定齿轮轴的故障。例如，如果GMF峰值的边带间隔与输入轴转速相同，则故障发生在输入齿轮上。
• 牙齿磨损： 一般的齿磨损通常表现为 GMF 及其谐波的振幅上升，并伴有相应齿轮的 1X 边带。
• 牙齿破裂或断裂： 单个裂纹或断裂的齿会在该齿轮1倍速运转时产生强烈的振动峰值，通常伴有多个谐波。它还会在GMF周围产生与齿轮运转速度相同的边带。 时间波形 在这里也非常有用，因为每次断齿试图啮合时，它都会显示出明显的周期性冲击。
• 齿轮错位： 齿轮错位通常会导致较高的2倍GMF谐波，有时甚至大于主GMF峰值。此外，还会伴随以运行速度为间隔的边带。

4. 专业分析技术

由于齿轮振动可能很复杂，因此通常使用专门的技术：

• 时间波形分析: 对于检测因反复剧烈撞击而导致的牙齿断裂至关重要。
• 倒谱分析: 一种用于更清晰地识别在标准 FFT 频谱中可能难以看到的边带系列的技术。

5. 齿轮故障的阶段

振动分析可以通过几个阶段追踪齿轮故障的进展：

1. 第一阶段（早期）： GMF周围出现小边带。整体振动水平可能不会改变。
2. 第 2 阶段（中度）： 边带的幅度增加，并且 GMF 的谐波可能开始以其自己的边带出现。
3. 第 3 阶段（严重）： GMF 及其谐波可能存在许多较大的边带。问题设备的 1X 频率可能开始上升。频谱的本底噪声增加。
4. 第四阶段（灾难性）： 由于牙齿严重受损或毁坏，GMF 可能会消失，并被嘈杂的随机振动特征所取代。

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