摘要：近年来，机械齿轮故障机理得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了齿轮异常的基本形式以及齿轮振动的类型，并结合相关实践经验，分别从齿轮的啮合频率及其谐波等多个角度与方面，就齿轮故障振动频谱的特征展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：机械齿轮；故障；机理；特征
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，机械齿轮故障机理与特征的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对机械齿轮故障机理的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
企业生产效率的保证，需要机械系统的安全高效率的运行状态，企业生产安全的最基本保证，也需要机械在运行状态中保持可靠与低耗的运行机理。对机械运行状态进行及时的掌握，对其运行状况进行及时的分析与处理，是保证机械系统运行状态好坏的关键因素。也为机械在进行维修时提供有力的技术保证。这样，就能够实现机械进行经济性运行最近之状态。齿轮是机械装置中最常见的传动方式。齿轮常在高速、重载等恶劣环境条件下工作，使其发生故障的因素也很多，而机械发生故障最为基本的原因就是齿轮异常而导致的，所以，我们对机械齿轮故障机理与特征的认知是非常必要的。
企业生产效率的保证，需要机械系统的安全高效率的运行状态，企业生产安全的最基本保证，也需要机械在运行状态中保持可靠与低耗的运行机理。对机械运行状态进行及时的掌握，对其运行状况进行及时的分析与处理，是保证机械系统运行状态好坏的关键因素。也为机械在进行维修时提供有力的技术保证。这样，就能够实现机械进行经济性运行最近之状态。齿轮是机械装置中最常见的传动方式。齿轮常在高速、重载等恶劣环境条件下工作，使其发生故障的因素也很多，而机械发生故障最为基本的原因就是齿轮异常而导致的，所以，我们对机械齿轮故障机理与特征的认知是非常必要的。
3齿轮异常的基本形式
齿轮由于制造、操作、维护以及齿轮材料热处理、运行状态等因素不同，产生异常的形式也不同，常见的齿轮异常有以下4种形式:
3.1齿面磨损
齿面磨损是由于油质不清洁、润滑油不足或污物进入齿轮工作表面等原因引起的，易使齿廓显著改变，侧隙加大，以至于齿厚过度减薄导致断齿。
3.2齿面划痕胶合
在齿面进行工作时，会产生高温现象，在这种状况下，齿面间的润滑状况就不是很好，这样就会导致油膜破裂现象的发生，这样就会导致两个齿面间的相互黏贴与融触，这样就会导致齿面上形成划痕胶合现象，这样就会产生划痕胶合状况的发生，齿轮受到外力擦伤。影响齿轮的使用。
3.3齿面点蚀和剥落
齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动载荷。这种力的作用使齿轮表面层产生脉动循环的应力，当该应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产生疲劳裂纹，继而裂纹扩展，最终使齿面剥落小块金属，在齿面上形成小坑，称为点蚀。当“点蚀”扩大连成一片时，齿面上金属块剥落。此外，材质不均或局部擦伤，也易在某一齿面上出现接触疲劳，产生剥落。
3.4弯曲疲劳与断齿
在运行过程中承受载荷的轮齿，齿轮由于工作中严重的冲击、装配不良以及材质不均也都可能引起断齿。
以上形式的故障中，断齿和点蚀是齿轮的主要故障模式。齿轮异常可分为局部的和分布的。前者集中于某个或几个齿上，后者分布在各轮齿上。
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4齿轮振动的类型
齿轮在运行过程中产生的振动是非常复杂的，齿轮的振动频率基本上可归纳为3类:其中主要的是齿轮的啮合频率及其谐波以及在啮合频率及其谐波两侧的一簇边频带;其二是低频的轴的转动频率及其谐波;其三是高频的齿轮自身的各阶固有频率振动。而齿轮的实际振动往往是上述各类振动的某种组合。下面分别讨论各种类型齿轮振动产生的原因及其特征。
4.1啮合过程中产生的振动
在齿轮进行啮合时，我们需要关注其啮合频率的产生与变化状况。这种现象是由于齿形具有相对误差及轮齿间会在啮合时发生一定的弹性变形作用所产生的，这也与齿轮间的碰撞及磨损现象等有一定的关系。齿面因局部损伤而产生的激振，其相应的强迫振动频率等于损伤的齿数乘以轴的转动频率。另一方面齿轮的非均布缺陷、齿距周期性变化引起的载荷波动还会产生信号调制现象，即在响应的幅频特性曲线上可见啮合频率及其谐波两侧产生的一簇边频带。
4.2转子不平衡或不对中产生的振动
齿轮、轴、轴承等元件由于装配不良、材料不均匀等原因会产生不平衡、不对中，使齿轮轴系统产生强迫振动，振动的频率等于轴的转动频率及其谐波。
4.3齿轮的自由振动与自激振动
齿与齿之间撞击是一种瞬态激振，它将使齿轮产生自由衰减振动，振动频率就是齿轮的固有频率。另外，齿与齿之间的摩擦在一定条件下会诱发自激振动，自激振动与齿面加工质量及润滑条件有关，自激振动的频率接近齿轮的固有频率。
5齿轮故障振动频谱的特征
5.1齿轮的啮合频率及其谐波
齿面均匀性磨损、齿轮径向间隙过大、不适当的齿轮游隙以及齿轮负荷过大等原因，将增加啮合频率和它的谐波成分幅值。
5.2信号调制所产生的边频带
传动误差问题在齿轮运行中所产生的异常是最为常见的，齿轮在进行啮合时会产生信号调制现象，这是现象的产生是受到转速频率的严重影响。信号调整有频率与幅值两种方式。
频率调制是由于齿轮啮合中的转速波动引起的，一般与齿轮加工中分度误差、齿轮轴偏心、齿面载荷波动等因素有关。齿轮振动的边频带分布往往十分复杂，倘若齿轮箱中同时有几对齿轮啮合的话，几对齿轮振动的边频带重叠在一起，其频谱图就更加复杂了'在这种情况下很难直接从频谱图中识别出各特征频率。
5.3低频脉冲
低频脉冲也称附加脉冲。转速频率及其谐波信号的形成因素有很多，如齿轮转子对中状况不是很好，或平衡状态没有达到要求，或产生了松动现象，都会导致低频脉冲现象。这样就会导致齿轮载波信号和零线产生不对称的一种状态。如原始齿轮调幅信号是对称于零线的，低频脉冲使其偏离零线，产生总信号。
5.4齿轮的自振频率振动
出现齿的断裂或裂缝时，每当齿轮进入啮合，就产生一个冲击信号，这种冲击可激起齿轮的一阶或高阶自振频率的自由衰减振动。
近年来，工况监测与故障诊断技术得到了前所未有的发展。在诊断方法和理论方面，人们不断吸收人工智能、信息工程、系统控制等方面的成果，用于改善和提升工况监测与故障诊断的精度和可靠性;在诊断仪器和手段方面，监测手段的在线式、智能型、数字化等特征日趋发展;在工况监测与故障诊断技术的应用方面，监测系统的集成化、分布式、网络型等特点尤为明显。
6结束语
综上所述，加强对机械齿轮故障机理与特征的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的机械齿轮故障过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]刘习军，贾启芬.工程振动理论与测试技术.北京:高等教育出版社.2016（10）：60-62.
[2]顾海明，周勇军.机械振动理论与应用.南京:东南大学出版社.2017（01）：115-116.
[3]杨国安.机械设备故障诊断实用技术.北京:中国石化出版社.2016（09）：88-89.
论文作者:靳文丞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：齿轮论文; 频率论文; 机械论文; 故障论文; 谐波论文; 机理论文; 特征论文; 《基层建设》2017年第25期论文;