圖12 局部異常的齒輪頻譜
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。幾乎所有的齒輪都有微小的齒距誤差。
(1)時域特徵
具有齒距誤差的齒輪,其振動波形理論上應具有調頻特性,但由於齒距誤差一般在整個齒輪上以諧波形式分佈,故在低頻下也可以觀察到明顯的調幅特徵,如圖13所示。
圖13 有齒距誤差齒輪的振動波形
(2)頻域特徵
有齒距誤差的齒輪,由於齒距的誤差影響到齒輪旋轉角度的變化,在頻率域表現為包含旋轉頻率的各次諧波mfr(m=1,2,…)、各階嚙合頻率nfc(n=1,2,…)以及以故障輪的旋轉頻率為間隔的邊頻nfc士mfr(n,m=1,2,…)等,圖14表示具有齒距誤差的齒輪的頻譜特徵。
圖14 有齒距誤差齒輪的頻譜
6.不平衡齒輪的時域特徵與頻域特徵
齒輪的不平衡是指齒輪的質心和迴轉中心不重合,從而導致齒輪副的不穩定運行和振動。
(1)時域特徵
具有不平衡質量的齒輪在不平衡力的激勵下會產生以調幅為主、調頻為輔的振動,其振動波形如圖15所示。
圖15 不平衡齒輪的振動波形
(2)頻域特徵
由於齒輪自身的不平衡產生的振動,將在嚙合頻率fc及其諧波兩側產生mfc±nfr( m,n=1, 2, 3,…)的邊頻族;同時,受不平衡力的激勵,齒輪軸的旋轉頻率及其諧波nfr的能量也有相應的增加,如圖16所示。
圖16 不平衡齒輪的頻譜
三、常見齒輪故障的振動時域波形、頻譜特徵對照
表1-1是幾種常見齒輪故障的振動時域波形、頻譜特徵的對照。
四、齒輪箱常見故障診斷
實際工程中是沒有孤立的齒輪副,所有的齒輪副都需要安裝到齒輪箱中或安裝到特定的支架上,還需要配以軸承或軸瓦。因此,對齒輪的故障診斷實際上是對齒輪箱的故障診斷。
對齒輪箱的故障診斷綜合了對轉子(參考旋轉機械部分)、滾動軸承和齒輪故障診斷內容,在此給出一個簡表供參考。
齒輪箱各不同部件故障的振動特徵如表1-2所示。
表1-1 常見齒輪故障的振動時域波形及頻譜特徵的對照
表1-2 齒輪箱故障的振動特徵簡表