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第4章 齿轮故障诊断 4.2.2.2.1 幅值调制 例：高炉风机齿轮减速箱的振动诊断实例。 一台大型高炉风机，由电动机通过一台齿轮减速箱传动，齿轮箱中发出一种不寻常的低频声音。 已知该齿轮箱输出轴转速n2=1140r/min（19Hz），输入轴转速n1=1475r/min（24.6Hz）。低速齿轮的齿数z2=62，高速齿轮的齿数z1=48。 4.2.2.2.1 幅值调制 齿轮箱振动速度信号 1——更换轴承前，2——更换轴承后 （a）轴承更换前、后的频谱 （b）轴承更换前的时域信号 4.2.2.2.1 幅值调制 已知该齿轮箱输出轴转速n2=1140r/min（19Hz），输入轴转速n1=1475r/min（24.6Hz）。低速齿轮的齿数z2=62，高速齿轮的齿数z1=48。 齿轮箱发生故障时，幅值最高的频率为1178Hz，正好是低速和高速齿轮的啮合频率，即： 4.2.2.2.1 幅值调制 啮合频率的幅值很高，可能是齿轮侧身间隙过大、齿轮游隙不适当等因素引起，在时域波形图上表现为间隔很密的细线。 被低频调制后的一个个波峰，每个峰头之间的间隙频率为19Hz，此即齿轮箱低速输出轴的转速频率，这表示低速齿轮每旋转一周产生一个像正弦状的低频调制波，可能原因是低速齿轮载荷随转速波动，或者该齿轮相对于高速齿轮作径向浮动。 每隔0.18s（5.6Hz）左右有一个更高的波峰出现，5.6Hz频率正是高速齿轮与低速齿轮之间转速频率之差。即： 4.2.2.2.1 幅值调制 两种转速频率差所产生的脉冲信号，表示低速齿轮与高速齿轮每隔一定周期瞬间脱离或相碰。 综上可知低速齿轮在作同步晃动，与高速齿轮在啮合时，时松时紧地交变着。 事后打开齿轮箱检查，齿轮未发现损坏，而是低速轴的锥形滚子轴承轴向浮动间隙增大，大大超出规定的范围，因而当低速轴在轴向来回蹿动时，低速齿轮的径向啮合间隙也跟着时大时小地变化，这就是形成5.6Hz差频的原因。 更换轴承后，不仅调制频率大大降低，而且齿轮箱异常声音也消失了。 4.2.2.2.2 频率调制 齿轮的转速波动、因加工中分度误差而导致齿距不均匀、轮齿产生周期性的周节误差、齿轮轴偏心引起啮合速率的变化、周期性转矩（负荷）变化引起的速度变化等因素均可引起频率调制现象。 齿面压力波动，在产生调幅现象的同时，也会造成扭矩波动，导致角速度变化而形成频率调制。 由于齿轮作周期性的旋转，因此频率调制中的载波信号和调制信号也为一周期性函数。 4.2.2.2.2 频率调制 若载波信号为： 调制信号为： 频率调制可表示为： 式中， ——频率调制指数，即调制产生的最大相位移； ——最大频率偏差值，也就是齿轮的最大角速度波动量； ——调制频率，即分度不均匀齿轮的转频。 式中， ——以β为自变量的第n阶贝塞尔系数，n=0,1,2,… 4.2.2.2.2 频率调制 频率调制 4.2.2.2.2 频率调制 调频、调幅综合影响下的边频带 4.2.2.2.3 附加脉冲 齿轮调幅信号中的附加脉冲 齿轮载波的时域信号幅值上下两端的包络线不对称，彼此差别很大，载波信号与零线呈不对称形状，这往往是由齿轮旋转频率的低次谐波引起的，称为附加脉冲。 在频域上，调制效应产生的是以啮合频率及其谐波为中心的一些边频带族，而附加脉冲是旋转频率的低次谐波，它在啮合频率两边并不形成边频带。 4.2.2.2.4 隐含成分 隐含成分又称“鬼线成分”（Ghost Components）。 新的齿轮副在传动时，其频谱上除了旋转频率、啮合频率及其边频成分之外，还会出现一些最初不明其来历的频率成分及其谐波，它们是由于加工机床分度齿轮的误差造成的。加工机床蜗轮、蜗杆及齿轮的缺陷传递到被加工齿轮上，也会给齿轮带来周期性的缺陷。 隐含成分的频率相当于机床分度齿轮的啮合频率。特点如下： 1、总是出现在啮合频率附近，载荷变化对它的影响很小。 2、当齿轮运转一段时间后，由于磨损使缺陷逐渐趋向均匀，此时啮合频率及其各次谐波成分增大，隐含成分及其谐波成分却逐渐减小。 4.2.2.2.4 隐含成分 （a）初始状态 （b）一个月后的状态 齿轮运转前后隐含成分的变化 初始状态的频谱隐含成分幅值高于啮合频率。 齿轮运转一个月后，啮合频率的幅值由116dB上升到123dB，而隐含成分幅值则由123dB下降到117dB。 因此，可从齿轮的跑合过程来鉴别是否存在隐含成分，也可为齿轮的磨损程度提供辅助信息。 4.2.2.2.5 齿轮故障信号的频