齒輪故障比較復(fù)雜，上節(jié)所述的幾種信號(hào)分析處理方法針對(duì)齒輪故障診斷是非常有效的，但在實(shí)際工作中，通常是先利用常規(guī)的時(shí)域分析、頻譜方法對(duì)齒輪故障做出診斷，這種診斷結(jié)果有時(shí)就是精密診斷結(jié)果，有時(shí)還需要利用上節(jié)所述的分析處理方法進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行甄別和確認(rèn)，最終得出精密診斷結(jié)果。
一、正常齒輪的時(shí)域特征與頻域特征
沒(méi)有缺陷的正常齒輪，其振動(dòng)主要是由于齒輪自身的剛度等引起的。
(1)時(shí)域特征
正常齒輪由于剛度的影響，其波形為周期性的衰減波形。其低頻信號(hào)具有近似正弦波的嚙合波形，如圖1所示。
(2)頻域特征
正常齒輪的信號(hào)反映在功率上，有嚙合頻率及其諧波分量，即有nf（n＝1,2,…），且以嚙合頻率成分c
為主，其高次諧波依次減小；同時(shí)，在低頻處有齒輪軸旋轉(zhuǎn)頻率及其高次諧波mf（m＝1，2，…），其頻r譜如圖2所示。
二、故障情況下振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征與頻域特征
1.均勻磨損
齒輪均勻磨損是指由于齒輪的材料、潤(rùn)滑等方面的原因或者長(zhǎng)期在高負(fù)荷下工作造成大部分齒面磨損。
(1)時(shí)域特征
齒輪發(fā)生均勻磨損時(shí)，導(dǎo)致齒側(cè)間隙增大，通常會(huì)使其正弦波式的嚙合波形遭到破壞，圖3是齒輪發(fā)生磨損后引起的高頻及低頻振動(dòng)。
(2)頻域特征
齒面均勻磨損時(shí)，嚙合頻率及其諧波分量nf（n＝1，2，…）在頻譜圖上的位置保持不變，但其幅值c大小發(fā)生改變，而且高次諧波幅值相對(duì)增大較多。分析時(shí)，要分析三個(gè)以上諧波的幅值變化才能從頻譜上檢測(cè)出這種特征。圖4所示反映了磨損后齒輪的嚙合頻率及諧波值的變化。隨著磨損的加劇，還有可能產(chǎn)生1/k（k=2，3 ，4 ，…）的分?jǐn)?shù)諧波，有時(shí)在升降還會(huì)出現(xiàn)如圖5所示的呈非線性振動(dòng)的跳躍現(xiàn)象。
2.齒輪偏心
齒輪偏心是指齒輪的中心與旋轉(zhuǎn)軸的中心不重合，這種故障往往是由于加工造成的。
(1)時(shí)域特征
當(dāng)一對(duì)互相嚙合的齒輪中有一個(gè)齒輪存在偏心時(shí)，其振動(dòng)波形由于偏心的影響被調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)幅振動(dòng)，
(2)頻域特征
齒輪存在偏心時(shí)，其頻譜結(jié)構(gòu)將在兩個(gè)方面有所反映：一是以齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為特征的附加脈沖幅值增大；二是以齒輪一轉(zhuǎn)為周期的載荷波動(dòng)，從而導(dǎo)致調(diào)幅現(xiàn)象，這時(shí)的調(diào)制頻率為齒輪的回轉(zhuǎn)頻率，比所調(diào)制的嚙合頻率要小得多。圖7為具有偏心的齒輪的典型頻譜的特征。
3.齒輪不同軸
齒輪不同軸故障是指由于齒輪和軸裝配不當(dāng)造成的齒輪和軸不同軸。不同軸故障會(huì)使齒輪產(chǎn)生局部接觸，導(dǎo)致部分輪齒承受較大的負(fù)荷。
(1)時(shí)域特征
當(dāng)齒輪出現(xiàn)不同軸或不對(duì)中時(shí)，其振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)具有明顯的調(diào)幅現(xiàn)象。如圖8所示為其低頻振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)明顯的調(diào)幅現(xiàn)象。
(2)頻域特征
具有不同軸故障的齒輪，由于其振幅調(diào)制作用，會(huì)在頻譜上產(chǎn)生以各階嚙合頻率nf(n＝1，2,…）為cf中心，以故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為間隔的一階邊頻族，即nf士f（n＝1，2,…）。同時(shí)，故障齒輪的旋轉(zhuǎn) rcr特征頻率mf（m＝1，2,…）在頻譜上有一定反映。圖9為典型的具有不同軸故障齒輪的特征頻譜。
4．齒輪局部異常
齒輪的局部異常包括齒根部有較大裂紋、局部齒面磨損、輪齒折斷、局部齒形誤差等，圖10表示了
幾種常見(jiàn)的異常情況。
局部異常齒輪的振動(dòng)波形是典型的以齒輪旋轉(zhuǎn)頻率為周期的沖擊脈沖，如圖11所示。
1-齒根部有裂紋；2-局部齒面磨損；3-局部齒形誤差；4-斷齒
具有局部異常故障的齒輪，由于裂紋、斷齒或齒形誤差的影響，將以旋轉(zhuǎn)頻率為主要頻域特征
5.齒距誤差
齒距誤差是指一個(gè)齒輪的各個(gè)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(shí)域特征
具有齒距誤差的齒輪，其振動(dòng)波形理論上應(yīng)具有調(diào)頻特性，但由于齒距誤差一般在整個(gè)齒輪上以諧波
形式分布，故在低頻下也可以觀察到明顯的調(diào)幅特征，如圖13所示。
(2)頻域特征
有齒距誤差的齒輪，由于齒距的誤差影響到齒輪旋轉(zhuǎn)角度的變化，在頻率域表現(xiàn)為包含旋轉(zhuǎn)頻率的各次諧波mf（m=1，2，…）、各階嚙合頻率nf(n=1，2，…)以及以故障輪的旋轉(zhuǎn)頻率為間隔的邊頻nf士
rccmf（n，m＝1，2,…）等，圖14表示具有齒距誤差的齒輪的頻譜特征。
6.不平衡齒輪的時(shí)域特征與頻域特征
齒輪的不平衡是指齒輪的質(zhì)心和回轉(zhuǎn)中心不重合，從而導(dǎo)致齒輪副的不穩(wěn)定運(yùn)行和振動(dòng)。
(1)時(shí)域特征
具有不平衡質(zhì)量的齒輪在不平衡力的激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生以調(diào)幅為主、調(diào)頻為輔的振動(dòng)，其振動(dòng)波形如圖
15所示。
(2)頻域特征
由于齒輪自身的不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)，將在嚙合頻率fc及其諧波兩側(cè)產(chǎn)生mf±nf( m，n＝1, 2, 3,…)cr的邊頻族；同時(shí)，受不平衡力的激勵(lì)，齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率及其諧波nfr的能量也有相應(yīng)的增加，如圖16所示。
三、常見(jiàn)齒輪故障的振動(dòng)時(shí)域波形、頻譜特征對(duì)照
表1-1是幾種常見(jiàn)齒輪故障的振動(dòng)時(shí)域波形、頻譜特征的對(duì)照。
四、齒輪箱常見(jiàn)故障診斷
實(shí)際工程中是沒(méi)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(duì)齒輪的故障診斷實(shí)際上是對(duì)齒輪箱的故障診斷。對(duì)齒輪箱的故障診斷綜合了對(duì)轉(zhuǎn)子（參考旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分）、滾動(dòng)軸承和齒輪故障診斷內(nèi)容，在此給出一個(gè)簡(jiǎn)表供參考。
