齿面均匀磨损
齿形被磨损改变，啮合频率二次、三次谐波相对于基频增大，边带逐渐增多；因为整圈都在磨，时域里不一定有明显的单次冲击。均匀磨损常与润滑不良、油中杂质或长期偏载有关。
啮合频率从哪里来
一对齿轮啮合时，轮齿依次进入和退出接触，同时参与啮合的齿对数在单齿和双齿之间交替，啮合刚度随之周期变化；再叠加齿形误差和受载变形造成的传动误差，就在啮合频率上产生动态啮合力。啮合频率等于齿数乘以该齿轮所在轴的转频，同一对啮合齿轮算出来的结果相同。多级齿轮箱每一级都有自己的啮合频率，计算前要弄清每一级的齿数和各轴的实际转速。
完好的齿轮同样有啮合频率及其谐波，而且幅值随负荷变化明显：负荷增大，齿面接触力和轮齿变形增大，啮合频率通常随之升高；轻载时如果齿侧间隙偏大，齿面可能反复脱开再撞击，频谱反而变得杂乱。齿轮诊断最怕把不同负荷下的数据直接对比，趋势比较要尽量在相同转速和相近负荷下进行。
斜齿轮啮合会产生轴向分力，轴向振动对斜齿轮的啮合状态往往更敏感；直齿轮的动态啮合力主要沿啮合线方向，径向测点应尽量靠近啮合力作用的方位，离啮合点越远、经过的连接面越多，高频成分衰减越明显。
边带：把问题落到具体的轴
当某个齿轮存在偏心、局部损伤，或所在轴上有周期性的载荷波动时，啮合力的幅值和相位会随该轴每转一圈起伏一次，相当于用该轴转频对啮合频率进行调制，频谱上表现为啮合频率两侧等间距排列的边带。边带间距等于哪根轴的转频，问题通常就与那根轴上的齿轮有关。
判读时有几个要点：频率分辨率必须足以分开边带，低速轴转频很小，需要细化谱或延长采样时间；用实测转速计算，不要只看铭牌，异步电机带载后存在转差；边带往往左右不对称，因为幅值调制和频率调制通常同时存在，不能只凭一侧边带下结论；多级齿轮箱中不同轴的转频可能接近或成整数倍关系，要把各级啮合频率周围的边带放在一起比较。
| 边带特征 | 通常意味着 | 进一步确认 |
|---|---|---|
| 啮合频率两侧有少量边带，间距为小齿轮轴转频 | 小齿轮偏心、跳动，或小齿轮轴上存在轻微周期性载荷变化 | 对比小齿轮轴的一倍转频及相位；停机后测量齿轮径向跳动 |
| 边带数量多、分布宽，间距为某一根轴的转频 | 该轴上的齿轮存在局部损伤，如点蚀、剥落或齿根裂纹 | 看时域波形是否每转出现一次冲击；对该轴做时域同步平均 |
| 边带间距为输出轴转频，且在啮合频率二次、三次谐波周围更明显 | 大齿轮磨损或齿形误差 | 在相同负荷下对比历史数据；结合油液磨粒分析和内窥检查 |
| 某个高频区域出现以某轴转频为间距的边带族，而不在啮合频率周围 | 齿轮或箱体的固有频率被周期性冲击激起，常见于损伤已比较明显 | 停机锤击确认该频段是否为固有频率；同时做包络分析 |
常见齿轮缺陷的振动特征
点蚀与剥落
点蚀只分布在少数齿上时，变化主要体现在边带上；剥落扩展后，时域出现与该轴转动同步的冲击，包络谱中能看到该轴转频及其谐波。点蚀常出现在节线附近。
断齿与齿根裂纹
损伤齿每次进入啮合就产生一次冲击，以该轴转动周期在时域中重复出现；频谱上是宽而密的边带，并可能激起齿轮固有频率。裂纹阶段特征较弱，用同步平均和残余信号更容易发现。
齿轮偏心与跳动
啮合力随转动周期起伏，该轴一倍转频升高，啮合频率两侧以一阶边带为主。偏心也可能来自齿轮与轴的配合松动或键配合不良，需要停机测量径向跳动。
齿距误差
累积齿距误差同样产生以转频为间距的调制。加工分度误差还可能在频谱上留下与本对齿轮齿数不对应、但随转速成比例变化的分量，判读时不要误当成另一对齿轮的啮合频率。
啮合偏载与齿侧间隙异常
轴系平行度偏差或箱体变形使齿面沿齿宽接触不均，啮合频率二次谐波往往明显，并带一倍转频边带；间隙过大时轻载敲击明显。停机后可通过齿面接触斑点检查对照。
与相似问题的区分
| 现象 | 更像齿轮问题 | 更像其他原因 | 怎么确认 |
|---|---|---|---|
| 啮合频率幅值高 | 同负荷下比历史明显升高，且谐波和边带同时增多 | 负荷比以往高；箱体或底座在啮合频率附近共振 | 相同负荷下复测；停机锤击箱体测固有频率 |
| 高频段有冲击，包络谱有成分 | 冲击周期对应某根轴的转动周期 | 冲击周期对应滚动轴承外圈、内圈或滚动体的特征频率 | 用轴承几何参数计算特征频率，与包络谱逐一比对 |
| 一倍转频升高 | 同时伴有啮合频率周围的一阶边带 | 转子不平衡、联轴器不对中或支撑松动 | 看啮合频率周围是否有对应间距的边带；比较各方向幅值与相位 |
| 二倍转频和轴向振动升高 | 啮合频率二次谐波同步升高，齿面接触偏向一端 | 联轴器不对中 | 联轴器两侧轴向相位对比；复核对中数据和接触斑点 |
| 振动幅值有规律地时大时小 | 两个齿轮上各有损伤齿，按齿数关系周期性相遇 | 负荷波动，或转速相近的设备之间形成拍振 | 延长时域记录，分析起伏周期与哪对齿轮的齿数关系吻合 |
现场测量怎么做
- 收集传动参数各级齿数、各轴转速或传动比、轴承型号、负荷范围和润滑方式。没有齿数资料时，可以从频谱和传动比反推，但报告中要注明是推算值。
- 布置测点加速度传感器尽量装在靠近啮合位置的轴承座上，径向沿啮合力方向，斜齿轮加测轴向。高频测量要求刚性安装，磁座应吸附在平整、干净的金属面上。
- 设置分析参数频率上限覆盖啮合频率的若干阶谐波，分辨率要能分开最低转速轴对应的边带；同时采集足够长的时域波形，用于观察冲击和计算同步平均。
- 安装转速参考在关注的轴上贴反光片或利用现有键相信号，获得每转一次的参考脉冲，既用于准确测量转速，也用于时域同步平均。
- 记录工况记录转速、负荷、油温和连续运行时间；有条件时在几种负荷下各测一组，便于把负荷影响和故障影响分开。
- 对照与复测与同型号设备、同一设备的历史数据比较；处理后在相同工况下复测，核对边带、冲击和同步平均波形的变化。
时域同步平均的思路
齿轮箱内有多根轴、多对齿轮和多套轴承，信号叠加在一起。时域同步平均利用转速参考脉冲，把振动信号按某根轴的转动周期截成许多段再逐段平均：与该轴同步的成分在每一段中位置一致而被保留，其他轴、轴承和随机噪声的成分相位不固定，平均段数越多削弱得越明显。最后得到的是该轴转一圈内的平均波形，相当于把这根轴上的齿轮逐齿展开来看。
在平均波形中再去掉啮合频率及其谐波和低阶边带，剩下的残余信号能突出局部缺陷：一个或几个齿的异常，会表现为在某个转角位置集中出现的波动。这种处理对齿根裂纹、单齿剥落等早期局部缺陷较为敏感，也能帮助判断损伤大致位于齿轮的哪一段。
使用时要注意三点：转速需要相对稳定，变转速工况要先按转角重新采样；参考脉冲必须来自目标轴，或来自可以按传动比准确换算的轴；平均段数不够时残余信号仍含噪声，判断要留有余地。同步平均是辅助手段，结论需要与频谱、包络和拆检结果相互印证。
处理方向与复测验证
- 磨损和点蚀已经出现时，查原因比单纯换件更重要：检查油品、油位、油温和过滤，排查油中水分和杂质，核对是否长期偏载或超载运行。
- 偏心和跳动问题，停机测量齿轮与轴的径向跳动，检查键与配合面，必要时修复配合或更换齿轮。
- 啮合偏载或接触偏向一端，检查轴承游隙、箱体安装面和地脚状态，必要时调整轴系平行度，并用接触斑点检查验证。
- 磨损严重的一对齿轮通常宜成对更换，新旧齿轮混配容易接触不良；新齿轮投运初期有磨合过程，复测应在磨合后再做一次。
- 啮合频率与箱体或底座固有频率接近时，单纯换齿轮效果有限，需要同时从结构刚度或运行转速上避开。
- 复测在与处理前相同的测点、转速和负荷下进行，比较啮合频率谐波、边带数量、时域冲击和同步平均波形，并把结果作为新的趋势基准。
振动测试能指出可能的故障位置和类型。拆检时宜记录齿面形貌、损伤所在的齿和接触斑点，与振动特征对照；需要进一步判断断齿或点蚀成因时，可将失效齿轮另行送检分析。
现场测试怎么安排
现场测试由北京团队的工程师带仪器完成；测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的，可以与失效分析一并安排。
常见问题
齿轮箱的啮合频率一直很高，是不是已经坏了？
不一定。完好的齿轮也有啮合频率，幅值还随负荷变化。关键看相同负荷下与历史数据相比是否升高，谐波和边带是否增多，时域里有没有周期性冲击，同时要排除箱体或底座在该频率附近共振。
怎么判断是哪根轴上的齿轮出了问题？
看啮合频率两侧边带的间距等于哪根轴的实测转频，再结合时域冲击的重复周期。多级齿轮箱各轴转速可能接近，需要足够高的频率分辨率，必要时对各轴分别做同步平均。
不拆开齿轮箱，能发现断齿吗？
断齿或齿根裂纹通常会在时域上留下每转一次的冲击，频谱上出现宽而密的边带，同步平均波形中可见集中在某个转角的异常。振动能给出较明确的指向，最终仍需开盖或内窥检查确认。
同一台齿轮箱几次测量结果差别很大，是仪器的问题吗？
常见原因是负荷、转速和油温不同，或者测点位置、传感器安装方式不一致。齿轮振动对负荷很敏感，建议固定测点和安装方式，每次记录工况，在相近负荷下做趋势比较。
换了新齿轮以后振动反而变大，正常吗？
新齿轮有磨合过程，初期可能偏高。如果持续不降，要检查是否新旧齿轮混配、齿侧间隙和轴系平行度是否合适、轴承是否同步更换，以及装配后的径向跳动。
振动检测和油液检测需要都做吗？
两者互补。振动对齿面损伤的位置和类型更敏感，油液分析能反映磨损颗粒的数量、形态和润滑油状态。对重要齿轮箱两者结合判断更可靠，也便于确定检修时机。