什么是齿轮啮合频率？齿轮箱诊断 • 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。 什么是齿轮啮合频率？齿轮箱诊断 • 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。

什么是齿轮啮合频率？变速箱诊断

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了解齿轮啮合频率

定义：什么是齿轮啮合频率？

齿轮啮合频率 （GMF，也称为牙齿啮合频率或牙齿啮合频率）是 振动 齿轮啮合频率是指齿轮旋转过程中，齿轮齿啮合时产生的频率。其计算方法为齿轮齿数乘以转速（GMF = 齿数 × 转速 / 60）。GMF 代表齿轮啮合的速率，通常是齿轮箱振动频谱中的主导频率。.

了解和监测齿轮箱磁场强度（GMF）对于变速箱诊断至关重要，因为其振幅、, 谐波， 和 边带 GMF 峰值提供了有关齿轮状况的详细信息，包括磨损、错位、齿轮缺陷和润滑充足性。.

齿轮啮合频率的计算

基本公式

GMF 可以通过啮合齿轮对中的任一齿轮进行计算：

  • GMF = N小齿轮 × 转速小齿轮 / 60 （使用齿轮）
  • GMF = N齿轮 × 转速齿轮 / 60 （使用齿轮）
  • 两种方法的结果相同（必然相同，因为牙齿是相互啮合的）。

计算示例

示例 1：简易齿轮箱

  • 输入（小齿轮）： 20齿，转速1800转/分
  • 输出（齿轮）： 60齿，转速600转/分
  • GMF = 20 × 1800 / 60 = 600 赫兹
  • 验证： 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓

例2：多级齿轮箱

  • 第一阶段： 18 齿，转速 3600 转/分 → GMF₁ = 1080 Hz
  • 第二阶段： 25齿，转速1200转/分 → GMF₂ = 500赫兹
  • 第三阶段： 30 齿，转速 400 转/分 → GMF₃ = 200 Hz
  • 光谱： 将显示所有三个频率的峰值以及谐波和边带。

振动光谱中的GMF

正常（健康）变速箱

  • GMF峰值： 在计算频率处出现明显的峰值
  • 振幅： 适中，且随时间推移保持稳定
  • 谐波： 可能存在 2×GMF 和 3×GMF，但振幅较低（< 25% 的 GMF）
  • 侧边栏： 极少或无
  • 轴转速： 输入轴和输出轴的峰值低于 GMF 的 1 倍

异常特征表明存在问题

高GMF振幅

  • 原因： 齿轮普遍磨损、错位、高负载
  • 指标： GMF振幅随时间增加
  • 行动： 增加监测频率，制定检查计划

多重GMF谐波

  • 原因： 齿轮齿面缺陷、严重磨损、接触不良
  • 图案： 2×GMF、3×GMF、4×GMF，振幅显著
  • 严重性： 谐波越多，病情越严重

GMF周围的边带

边带是由轴转速对 GMF 的调制：

  • 小齿轮侧带： GMF ± 输入轴转速 → 指示小齿轮缺陷
  • 装备侧边栏： GMF ± 输出轴转速 → 指示齿轮缺陷
  • 多边带： GMF ± n×(轴转速)，其中 n = 1, 2, 3… → 特定齿缺陷
  • 非对称边带： 一侧强度较高表明齿轮偏心或齿距不均。

诊断解读

装备状况评估

健康）状况 GMF振幅 谐波 边带
全新/良好 低，稳定 极简主义（< 25% 的 GMF） 缺失或极少
正常磨损 适度、缓慢的增长 2×GMF 存在但低 可能会出现细小的侧带
中度磨损 高位，持续增长 2×、3×GMF可见 清晰的边带±轴频率
严重磨损/损坏 非常高 多重谐波（4×、5×+） 多个边带族
局部缺陷 缓和 展示 结实、间距均匀的侧边带

特定故障特征

齿轮错位

  • 高 2×GMF 和 3×GMF 谐波
  • 轴向振动可能升高
  • 通过齿轮对准校正得到改进

偏心齿轮

  • 偏心齿轮轴转速±1倍处的强边带
  • 每转一周，牙齿接触点都会发生变化一次。
  • 可能会在时域波形中观察到幅度调制

牙齿断裂或开裂

  • 轴转速间隔处的高振幅边带
  • 缺陷齿轮每转一圈都会受到一次冲击。
  • 可能在时域波形中显示脉冲事件
  • 快速振幅增长

润滑不足

  • 摩擦力增大导致地表磁场振幅升高。
  • 高频噪声增加
  • 变速箱温度升高

GMF 和结构共振

GMF通常落在能够激发结构共振的范围内：

  • 典型 GMF： 工业齿轮箱用200-2000赫兹
  • 机架固有频率： 通常为 50-500 赫兹
  • 匹配： GMF 或其谐波可以激发车架或外壳共振。
  • 结果： 齿轮啸叫声过大，外壳振动过大
  • 解决方案 加固外壳，增加阻尼，改变齿轮齿数（改变GMF）

监测策略

基线建立

  • 记录变速箱全新或大修后时的GMF振幅
  • 记录正常的谐波和边带电平
  • 设定报警限值（通常为基线值的 2-3 倍）

趋势参数

  • GMF振幅： 齿轮整体状况的主要指标
  • 谐波比率： 2×GMF/GMF、3×GMF/GMF 的增加表明情况恶化
  • 边带能量： 边带振幅之和
  • 高频内容： 5-50 kHz 范围内的宽带能量（齿轮表面状况）

报警级别

  • 警报： GMF振幅为基线的2倍
  • 警报： GMF振幅为基线的4倍或快速增加
  • 批判的： 多个强谐波、广泛的边带或 10 倍基线

齿轮啮合频率是齿轮箱状态监测和诊断的基础。了解齿轮啮合频率的计算方法、正常与异常频谱模式以及谐波和边带的诊断意义，能够有效检测齿轮问题，防患于未然，从而实现计划性维护，避免代价高昂的生产损失。.

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