图1  正常齿轮的低频振动波形         

图2 正常齿轮的频波

        二、故障情况下振动信号的时域特征与频域特征
        1.均匀磨损
        齿轮均匀磨损是指由于齿轮的材料、润滑等方面的原因或者长期在高负荷下工作造成大部分齿面磨损。
        (1)时域特征
        齿轮发生均匀磨损时，导致齿侧间隙增大，通常会使其正弦波式的啮合波形遭到破坏，图3是齿轮发生磨损后引起的高频及低频振动。

图3  磨损齿轮的高频振动(a)和低频振动(b)

        (2)频域特征
        齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量nf_c（n＝1，2，…）在频谱图上的位置保持不变，但其幅值大小发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。分析时，要分析三个以上谐波的幅值变化才能从频谱上检测出这种特征。图4所示反映了磨损后齿轮的啮合频率及谐波值的变化。
        随着磨损的加剧，还有可能产生1/k（k=2，3 ，4 ，…）的分数谐波，有时在升降还会出现如图5所示的呈非线性振动的跳跃现象。
        2.齿轮偏心
        齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，这种故障往往是由于加工造成的。
        (1)时域特征
        当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动，图6为齿轮有偏心时的振动波形。

图4  均匀磨损时的频谱

   图5  振幅跳跃现象

图6  偏心齿轮的振动时域波形

        (2)频域特征
        齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动，从而导致调幅现象，这时的调制频率为齿轮的回转频率，比所调制的啮合频率要小得多。图7为具有偏心的齿轮的典型频谱的特征。 

图7  齿轮偏心的频谱

        3.齿轮不同轴
        齿轮不同轴故障是指由于齿轮和轴装配不当造成的齿轮和轴不同轴。不同轴故障会使齿轮产生局部接触，导致部分轮齿承受较大的负荷。
        (1)时域特征
        当齿轮出现不同轴或不对中时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。如图8所示为其低频振动信号呈现明显的调幅现象。

图8 不同轴齿轮波形

图9  不同轴齿轮的频谱

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