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内容涵盖振动诊断技术、振动案例、红外成像、检修保养等知识。 需要现场振动诊断，现场转子平衡，检测服务，仪器购置者可留言或电话联系 十二、齿轮啮合振动故障诊断
轮传动是机械设备中最常用的传动方式，广泛应用于各行各业，作为传递运动和动力的齿轮装置几乎在任何大型设备中都具有重要的作用。齿轮失效又是诱发机器故障的重要因素，所以对齿轮箱准确的诊断，对降低设备维修费用、防止突发性事故、减少生产损失具有重要意义。1.齿轮振动故障形成原因1.1 相互啮合的一对齿轮，其轮齿的弹性刚度会发生周期性的变化。轮齿弹性刚度的变化使齿的弯曲量也随之变化，便造成轮齿在进出啮合区时发生互相碰撞，引起齿轮产生频率等于啮合频率的振动和噪声。1.2 齿轮受到外界持续传动力的作用，产生的瞬态自由振动，当故障非常严重时，往往还会激起的箱体自然频率振动。1.3齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落。造成点蚀的原因，主要是由于工作表面的交变应力引起的微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落，留下一个小坑，形成点蚀。如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效而连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。剥落与严重点蚀只有程度上的区别而无本质上的不同。在开式齿轮传动中，由于润滑不够充分以及进入污物的可能性增多，磨粒磨损总是先于点蚀破坏。1.4当齿轮存在偏心、周节误差、齿形误差等缺陷时，齿轮便不能平稳地运转，或加速，或减速，使轮齿与轮齿发生碰撞，使齿面受到很大的动态附加载荷的作用而引起齿轮振动。1.5齿轮副在啮合传递运动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都通过接触点分别作用在对方轮齿上，最危险的情况是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根处产生过载荷断裂。即使不存在冲击过载的受力工况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。断齿将引起齿轮箱的强烈振动。1.6当齿轮旋转轴是用联轴节联接的两根轴组成时，如果两根轴的中心线有偏移、成角或错开等不同轴的情况下，将会发生低频、高频的啮合频率及其边带波振动。2.齿轮振动故障类型 齿轮箱是结构复杂的调速系统，包含齿轮、轴承、传动轴、箱体等。其中箱体在整个系统中起支撑与密封作用，故障率较低；所以，故障主要集中发生在齿轮、轴承、转动轴中。根据振动信号的特点，常见的故障形式有：齿轮的啮合振动、齿轮的固有频率振动、齿轮磨损引起的振动、齿轮不同轴引起的振动、齿轮局部异常引起的振动。3.齿轮故障振动机理 齿轮传动系统是一个弹性的机械系统，由于结构和运动关系的原因，存在着运动和力的非平稳性。如下图是齿轮副的运动学分析示意图。图中O1是主动轮的轴心，O2是被动轮的轴心。假定主动轮以ω1作匀角速度运动，A、B分别为两个啮合点，则有O1A> O1B，即A点的线速度VA大于B点的线速度VB。而O2A<O2B，从理论上有ω2＝VB/O2B、ω3＝VA/O2A ，则ω2<ω3。 然而A、B又是被动轮的啮合点，当齿轮副只有一个啮合点时，随着啮合点沿啮合线移动，被动轮的角速度存在波动；当有两个啮合点时，因为只能有一个角速度，因而在啮合的轮齿上产生弹性变形，这个弹性变形力随啮合点的位置、轮齿的刚度以及啮合的进入和脱开而变化，是一个随时间变化的力FC（t）。
齿轮传动的特点是，啮合过程中啮合点的位置和参与啮合的齿数都是周期性变化的，这就造成了齿轮轮齿的受力和刚度成周期性变化，由此而引起的振动必然含有周期性成分，反映这个周期性特征信息的就是啮合频率及其高次谐波。因齿轮有误差、轮齿又不是刚体，所以即使是合格的一对新齿轮在啮合运行时也要产生振动 齿轮在啮合过程中，齿面既有相对滚动，又有相对滑动。如下图所示，主动轮上的啮合点由齿根移向齿顶，随啮合半径逐渐增大，速度逐步增高；而从动轮上的啮合点由齿顶移向齿根，速度逐步降低。两轮速度上的差异形成了相对滑动。节点处，两轮速度相等，相对滑动速度为零。在主动轮上，齿根与节点之间的啮合点速度低于从动轮上的啮合点速度，因此滑动方向向下；而在节点与齿顶之间的啮合点速度高于从动轮，滑动方向向上。主动轮、从动轮都在节点处改变了滑动方向，也就是说，摩擦力的方向在节点处发生了改变，形成了节线冲击。 齿轮啮合过程中，除了啮合点位置变化引起的节线冲击外，更为重要的是由于参与啮合的齿数变化而引起的啮合冲击。对于重叠系数在1~2之间的渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在齿根、齿顶附近是双齿啮合。显然，双齿啮合时载荷小、刚度大，单齿啮合时载荷大、刚度小，见下图。也就是说，即使齿轮所传递的是恒定扭矩，但当每对齿在脱离啮合或进入啮合时，轮齿上的载荷和刚度都要发生突然增大或减小，从而形成啮合冲击。对于重叠系数低的直齿，啮合冲击尤为显著，其作用力和刚度变化基本上呈矩形波，见下图。对于斜齿，由于其啮合点是沿齿宽方向移动的，啮合过程的变化较为平缓，刚度变化接近正弦波。因此，轮齿的啮合冲击和啮合刚度的变化取决于齿轮的类型和重叠系数。 显然，齿轮的啮合冲击、节线冲击、啮合刚度的变化是周期性的，而这个周期性变化的频率，就是啮合频率。实际上，在一个1/fm啮合周期中，发生了进入啮合、脱离啮合、节线冲击等多次冲击过程，因此在齿轮的振动信号中必然包含了啮合频率fm及其高次谐波2fm、3fm、…成分。 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fm这一振动分量始终都是存在的，只是两种状态下的振幅值大小是有差异的。齿轮啮合情况良好，啮合频率及其谐波的幅值相对较低。啮合频率及谐波的幅值增大，除了可能与载荷变化等因素有关外，齿轮侧隙不当往往是最直接、最主要的影响因素。造成侧隙不当的具体原因是多样的，除了制造、安装等原因外，齿面磨损也是主要原因之一。 特别需要指出的是，轮齿表面发生均匀性磨损后，不仅侧隙变大，而且齿廓（渐开线齿、圆弧齿）形状受到破坏，从而使啮合时的各种冲击增大、啮合刚度降低，将引起通频振幅值增大，其中，啮合频率及其谐波幅值的增长最明显。更值得注意的是，啮合频率的高次谐波幅值增长得比基波还快，如下图所示。磨损严重时，二次谐波的幅值可能超过啮合基波。因此，从啮合频率及其谐波幅值的相对增长量上可以反映出齿面的磨损程度。未完待续.........
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