一、齒輪上發(fā)生的異常
為診斷齒輪設(shè)備，必須認(rèn)識設(shè)備所發(fā)生的各種異常，在此先對齒輪所發(fā)生的異常，從制作到使用中分為三階段說明其特徵。
1.制造時(shí)發(fā)生的異常
齒輪制作時(shí)發(fā)生的異常中具代表性的有下述三種。
(1)偏心
(2)齒距誤差
(3)齒形誤差
小齒輪偏心，大齒輪有齒距誤差的齒輪對如圖ａ(a)所示，又齒形誤差的例子如同圖(b)所示。雖然這些異常在齒輪安裝前可以用精密量測檢查出，但微小異常在任何齒輪中還是存在的。
2.安裝時(shí)發(fā)生的異常
無論齒輪是如何精密制造出的，若安裝不良就無法達(dá)到99%的性能，
安裝時(shí)發(fā)生的異常有代表性的如下述兩種。
(1)偏嚙合
(2)齒輪軸的對心不良
齒輪在齒寬方向若沒有承受一樣的荷重時(shí)，在如圖ｂ(a)所示的偏嚙合狀態(tài)下，力的傳達(dá)無法達(dá)到圓心，且恐怕會增加額外的負(fù)荷造成齒的折損。又同圖(b)所示系對心不良的例子，此狀態(tài)和偏嚙合同樣會增加額外負(fù)荷，必須避免在此狀態(tài)下長期使用。
圖ａ 齒輪制造時(shí)發(fā)生的異常
圖ｂ 齒輪安裝時(shí)發(fā)生的異常
3.使用中發(fā)生的異常
在制造誤差大，組立或安裝不良的狀態(tài)下，或負(fù)荷、潤滑等使用條件
不恰當(dāng)時(shí)使用齒輪常會造成各種異常損傷，齒輪的損傷依發(fā)生形態(tài)分
類有以下四種。
(1)摩耗
(2)表面疲勞
(3)塑性流
(4)齒的折損
這些損傷中也包含了甚多使用初期出現(xiàn)的所謂磨合現(xiàn)象，此種非進(jìn)行性的破壞不能稱之為異?，F(xiàn)象。但是進(jìn)行性破壞卻是齒輪的致命傷，可能會引起重大事故。
一般而言，摩耗并非是重大的損傷，進(jìn)行性破壞的摩耗如刮傷、鱗狀剝落(flaking)等，在損傷發(fā)生后，依不同的使用場合等，決定是否能繼續(xù)使用。
表面疲勞有初期孔蝕(pitting)、破壞的孔蝕、剝落等種類，其中剝落系突發(fā)的疲勞現(xiàn)象，僅發(fā)生于*淬火，特別是滲碳淬火鋼。
屬于塑性流的損傷有碾軋(rolling)，錘擊(peening)，波紋(rippling)，山脊紋(ridging)等，其中波紋常發(fā)生于滲碳戟齒輪，山脊紋常發(fā)生于滲碳戟齒輪或青銅蝸齒輪的齒面。
齒的折損系齒輪損傷中最嚴(yán)重的，有疲勞折損、過負(fù)荷折損、熱裂、研磨裂等，其中以疲勞折損最多，一般系由于在材料疲勞限以上承受反覆應(yīng)力所引起。通常在負(fù)荷側(cè)齒底角隅處開始產(chǎn)生起始裂痕，然后沿著齒底或往斜上方進(jìn)展直到折損。疲勞折損的破斷面，可明顯看到一連串的貝殼狀輪廓和其中比較平滑的部份。若表面下方有裂痕起始點(diǎn)時(shí)，破斷凹面的底部常造成很嚴(yán)重磨損的狀態(tài)，熱裂及研磨裂痕也是疲勞折損的原因之一。
二、診斷法
在敘述齒輪診斷有關(guān)的基本事項(xiàng)如齒輪的回轉(zhuǎn)、嚙合等之后，針對平齒輪、螺旋齒輪等一般齒輪的振動，和以蝸齒輪的回轉(zhuǎn)不均所代表特殊的齒輪的診斷原理及方法予以敘述，但是并未觸及針對裂痕所用的超音波、磁場等非破壞檢查法。
1.齒輪診斷有關(guān)的基礎(chǔ)知識
設(shè)備發(fā)生異常時(shí)振動變大并產(chǎn)生異音，又潤滑油中特定的金屬粉會增 加，溫度也會上升。如此，在發(fā)生異常時(shí)發(fā)生變化的因素稱之為徵兆參數(shù)，具代表性的齒輪徵兆參數(shù)如下。
(1)振動
(2)音響
(3)軸扭矩變動
(4)回轉(zhuǎn)不均
(5)潤滑油
在此針對齒輪回轉(zhuǎn)取得的參數(shù)(1)～(4)用于診斷時(shí)所需事項(xiàng)予以說明。嚙合中的一對齒輪1,2其轉(zhuǎn)速分別為n1，n2(rpm)時(shí)：
fr1＝n/60(hz), fr2＝n2/60(hz)……………………………(2.61)
上式稱之為各齒輪的回轉(zhuǎn)頻率(fr)，又齒數(shù)分別為z1，z2 的話
fm＝z1fr1＝z2fr2 (hz)………………………………………(2.62)
上式稱之為嚙合頻率(fm)，在齒輪的診斷中，一般的作法是依各徵兆參數(shù)，或?qū)ζ渥鬟m當(dāng)處理后依含有主要fr ，fm 與否，或依其振幅值等來判定。以下以振動和回轉(zhuǎn)不均為例說明齒輪的診斷原理及方法。
2.利用振動的齒輪診斷原理
在嚙合率介于1和2之間的場合，看齒輪的微觀，有時(shí)瞬間僅有一齒嚙合，有時(shí)瞬間有兩齒嚙合，因一個齒輪所傳達(dá)的力為固定；若由一齒承受力量，此時(shí)的承受力假設(shè)為1，則有時(shí)承受力為1/2。如此在齒輪的回轉(zhuǎn)中一個齒的傳達(dá)力呈現(xiàn)週期性變化，因?yàn)檫@變化有衝擊成份存在齒輪因而受到激振，此時(shí)發(fā)生的振動為「自然振動」（嚴(yán)格來說是具衰減的自由振動），這就是齒輪振動的基本原理。圖ｃ所示，系齒輪受力和所發(fā)生振動的關(guān)系。
圖ｃ 齒的受力和振動的關(guān)系
由此圖可知，從兩齒嚙合變?yōu)橐积X嚙合的瞬間，和從一齒嚙合變?yōu)閮升X嚙合的瞬間，分別在一齒嚙合及兩齒嚙合的狀態(tài)發(fā)生齒輪對的自然振動（衝擊振動），但通常以后者的振動較大。
在作齒輪的診斷時(shí)，大都以量測其軸承部的振動，此時(shí)測出的振動樣子以圖ｄ(a)為其典型。此波形可分解為同圖(b)的三種類。(1)系偏心、對心不良引起的振動，主要系齒輪制作及安裝時(shí)的異常。(2)嚙合時(shí)因嚙合壓力變化引起的振動，齒面摩耗進(jìn)行時(shí)除正常嚙合磨損外大都為此種成份，其波形從漂亮的正弦波慢慢歪斜。(3)自然振動成份，嚙合異常時(shí)其衝擊振動較正常時(shí)大很多，或在發(fā)生齒折損等局部異常時(shí)，這齒的嚙合所產(chǎn)生的衝擊振動比其他部份大很多。齒輪自然振動頻率中較常出現(xiàn)者每個齒輪都不同，但大約在1~10khz的范圍中，量測位置若遠(yuǎn)離齒輪本體會有衰減現(xiàn)象，有時(shí)無法測得清楚的自然振動波形。
高速汽輪機(jī)等使用的增速機(jī)中，齒輪的嚙合頻率非常高，達(dá)到數(shù)khz到十?dāng)?shù)khz。有時(shí)自然振動頻率也有上升的情形，此時(shí)，(3)那種衝擊的自然振動成份不再存在；頻率高但僅存有(2)的嚙合頻率和(1)的回轉(zhuǎn)頻率。
圖ｄ 從軸承部測出的齒輪振動（影像圖）
其他由齒輪引起的振動也存在有滾齒機(jī)等齒切削工具的齒數(shù)所對應(yīng)的頻率或各段齒嚙合頻率的和或差的頻率成份。
3.利用振動的齒輪診斷法
利用振動作齒輪診斷的場合，診斷的對象有平齒輪、螺旋齒輪、傘齒輪等，至于利用振動于蝸齒輪診斷甚為困難，蝸齒輪的場合用后述的回轉(zhuǎn)不均來診斷較為有效。
振動量測時(shí)，須在齒輪之齒面未分離的情況下加之以固定負(fù)荷，在量測時(shí)若負(fù)荷變動無法得到正確的診斷。在相當(dāng)大的負(fù)荷或高速回轉(zhuǎn)齒輪的場合，因齒面有可能分離須特別注意。有齒面分離情況時(shí)會發(fā)生隨機(jī)的齒打擊現(xiàn)象，在此狀態(tài)下所量測的振動無法作正確的診斷。
通常在軸承座量測振動，在高速增速機(jī)等其軸承座被外殼蓋住的場合，量測位置靠近軸承座的剛性大或在基礎(chǔ)上量測，此時(shí)依不同量測位置所測得的振動值及特徵參差不齊，量測時(shí)其位置應(yīng)該固定不變。量測方向（水平、垂直或軸向）特別不能有阻礙；位置也在振動的部份。量測探頭接觸在表面最平滑的地方。探頭是從數(shù)hz到5~10kh有平的頻率特性的加速度型振動感測器，電壓感度在10~50mv/g(1g=9.8m/s2)以上，探頭的安裝用鐵制螺栓或絕緣螺絲，若欲得到*的頻率特性用強(qiáng)力膠、臘或磁鐵來安裝也不錯。
圖ｅ所示系利用振動作齒輪診斷的解析順序，通常如圖所示(1)針對回轉(zhuǎn)頻率和嚙合頻率成份予以解析的低頻域解析(2)針對衝擊的自然振動成份的高頻域解析，再下綜合的判定。特別是在低頻域中振動加速度變換為速度，系因?yàn)樵诖祟I(lǐng)域，速度的振動量測感測較加速度高，在高速齒輪的診斷時(shí)也有不變換就加速度予以解析的情形，此時(shí)前述的自然振動成份不存在，因而無法作高頻解析。又高頻域中，自然振動成份的振幅變調(diào)的間隔(週期或頻率的倒數(shù))也是調(diào)查的目的之一，因而作濾波后的波形值處理(包絡(luò)線處理)。
圖ｅ 齒輪振動的解析流程
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