齿轮
轻微磨损可调整润滑和负载并缩短监测间隔；点蚀扩展、断齿或严重偏载应更换齿轮，并查找偏载原因。
先把频率算清楚
齿轮箱诊断的第一步是根据传动结构列出全部特征频率。输入轴转频已知时，按各级传动比可以算出中间轴和输出轴的转频；每一级的啮合频率等于该级任一齿轮的齿数乘以该齿轮所在轴的转频，同一级两个齿轮算出的结果相同。有了这张频率表，频谱中的每一个主要峰都应该能找到归属，找不到归属的峰往往就是需要重点追查的线索。
| 频率 | 计算方法 | 诊断用途 |
|---|---|---|
| 各轴转频 | 由输入转速和前面各级传动比推算 | 识别不平衡、不对中、弯轴，确定边带间距对应的轴 |
| 各级啮合频率 | 齿数乘以所在轴转频 | 反映该级啮合状态，磨损和载荷变化时幅值与谐波改变 |
| 啮合频率边带 | 位于啮合频率两侧，间距等于某根轴的转频 | 间距对应哪根轴，问题就多与那根轴上的齿轮有关 |
| 齿轮固有频率 | 由锤击测量或频谱中被激起的共振区识别 | 齿面缺陷和冲击会激起该频率，周围出现转频边带 |
| 轴承特征频率 | 由轴承几何参数和所在轴转频计算 | 判断各轴承状态，通常需要包络分析 |
| 冲击重复周期 | 时域中冲击间隔对应的轴转动周期 | 定位断齿、局部剥落所在的轴 |
行星齿轮箱的频率关系比平行轴齿轮箱复杂，太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈的相对转速需要按结构单独计算；传感器固定在箱体上时，信号还会受到行星轮经过测点的调制。
齿轮故障的振动表现
不同类型的齿轮问题，在啮合频率幅值、谐波、边带和时域波形上各有特点。下表从现场能观察到的现象出发，列出常见对应关系。实际判断要结合负载、油液和拆检情况，单凭一张频谱不宜下定论。
| 振动特征 | 可能原因 | 确认方法 |
|---|---|---|
| 啮合频率的二倍、三倍谐波相对增大，边带数量增多，噪声变粗 | 齿面磨损 | 与历史数据对比谐波比例变化，结合油液磨粒分析，检查齿面与啮合印痕 |
| 啮合频率两侧边带增高增多，边带间距为某轴转频 | 该轴齿轮点蚀、剥落或偏心 | 确认边带间距对应的轴，观察时域调制，停机检查该齿轮 |
| 时域中每转一次出现明显冲击，频谱边带丰富而平坦 | 断齿、崩齿或局部严重剥落 | 按冲击间隔判断所在轴，降低负载运行并尽快安排停机检查 |
| 啮合频率附近只有少数几条以转频为间隔的边带，一倍转频也偏高 | 齿轮偏心、齿圈径向跳动大 | 停机测量齿轮跳动，检查齿轮与轴的配合 |
| 二倍啮合频率突出并伴有转频边带，轴向振动增大 | 齿轮啮合不正，轴线不平行或箱体变形 | 检查齿面接触印痕是否偏向一端，复查轴承座孔与对中 |
| 齿轮固有频率附近出现隆起，周围有转频边带 | 齿面缺陷激起的共振响应 | 锤击确认固有频率，结合边带间距定位 |
| 很低频的周期性调制或间歇性异响 | 两个啮合齿轮上都有缺陷齿，只在相遇时产生冲击 | 延长采样时间观察冲击重复规律，拆检时同时检查两个齿轮 |
轴承、轴与不对中
齿轮箱轴承既承受齿轮啮合力，又承受斜齿轮产生的轴向力，是齿轮箱中最常见的故障部位之一。轴承缺陷早期产生的冲击能量较弱，往往被强大的啮合振动淹没。包络分析时应选择避开啮合频率及其主要谐波的频带作为解调频带，否则包络谱中会出现大量与啮合相关的成分，掩盖轴承特征频率。
输入和输出联轴器的不对中表现为对应轴的一倍、二倍转频及轴向振动增大，与其他旋转设备相同；不同的是，不对中产生的附加力会传到齿轮上，使齿面载荷沿齿宽分布不均，长期下去出现偏载磨损。弯轴的振动特征与不对中相近，需要通过停机测量跳动来区分。
低速重载齿轮箱，例如带式输送机、搅拌机和起重设备的减速机，输出轴转频很低，振动能量小，常规速度测量对早期故障不敏感。这类齿轮箱需要低频响应好的传感器、足够长的采样时间，并更多依靠时域冲击、包络分析和油液检测。
箱体共振、润滑与温升
齿轮箱箱体由壁板和加强筋组成，壁板的局部固有频率常落在啮合频率范围内。当某一级啮合频率或其谐波与箱体局部频率接近时，箱体某个面的振动和噪声显著放大，而轴承座处振动并不大。这种情况更换齿轮效果有限，需要通过锤击测量找到共振频率，再从加筋、增加阻尼或改变啮合频率上考虑。变速运行的齿轮箱只在某个转速段噪声大，也往往是这个原因。
润滑状态直接影响啮合振动。油位过低、油品粘度不合适、油中含水或杂质、喷油嘴堵塞，都会使齿面和轴承润滑变差，表现为高频振动增加、温度升高；油位过高也会因搅油而发热。检测时应同时记录油温、轴承部位温度和油位，作为振动数据的旁证。
- 温升明显而振动变化不大时，先查润滑与冷却。
- 振动增长伴随油中磨粒增多，说明磨损在发展。
- 噪声集中在箱体某一面而轴承座振动不大时，优先考虑箱体共振。
- 负载变化时振动和噪声变化大，多与齿面接触状态和齿侧间隙有关。
振动测试与油液检测配合
振动和油液是判断齿轮箱状态的两条互补途径。振动反应快，能定位到具体的轴和级；油液能反映磨损的类型和程度，对低速设备更敏感。两者结合，可以减少单一方法的误判。
对已损坏的齿轮或轴承，拆检时可以把实物损伤位置、损伤形貌与振动特征逐一对照；断齿必要时送做失效件分析，判断是过载断裂还是疲劳断裂，从而决定是调整工况，还是改进设计、材料或热处理。
| 方法 | 擅长发现 | 局限 |
|---|---|---|
| 振动频谱与边带分析 | 齿面磨损、点蚀、偏心、不对中，定位到具体的轴和级 | 低速重载时灵敏度下降，箱体共振会干扰判断 |
| 时域与包络分析 | 断齿冲击、轴承早期缺陷 | 需要转速稳定，解调频带的选择影响结果 |
| 油液磨粒分析 | 磨损颗粒的数量、尺寸和形态，判断磨损类型与发展 | 不能直接定位到具体齿轮或轴承，取样位置和时机影响结果 |
| 油液理化指标 | 粘度变化、水分、污染和氧化 | 反映润滑条件，而不是部件损伤本身 |
| 温度监测 | 润滑不良、轴承过载、冷却失效 | 发现时问题往往已较明显 |
测点布置与工况
| 测点 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| 输入轴两端轴承座 | 径向两个方向与轴向 | 反映输入级啮合、输入轴不平衡与对中 |
| 中间轴轴承座 | 径向，斜齿轮加测轴向 | 多级齿轮箱中最容易被遗漏的测点 |
| 输出轴两端轴承座 | 径向两个方向与轴向 | 低速时需要低频传感器和较长采样时间 |
| 箱体壁板中部 | 垂直于壁板 | 判断箱体局部共振和噪声来源 |
| 电机与被驱动设备轴承 | 三个方向 | 排除外部振源，判断联轴器对中 |
| 转速参考 | 键相或转速信号 | 用于阶次分析和时域同步平均 |
- 传感器尽量靠近轴承承载区，安装面平整，高频测量宜采用螺栓或粘接安装。
- 在稳定负载下测量，同时记录负载、转速和油温。
- 负载可调时在轻载和重载下分别测量，齿侧间隙和啮合状态在不同负载下表现不同。
- 可逆转的齿轮箱分别测量正转与反转，两个方向使用的是不同的齿面。
- 起重、破碎、搅拌等变载设备，记录测量时段的负载变化过程。
常见整改方向
轴承
按特征频率与包络结果判断后更换，检查轴承座孔与配合，核对轴承游隙与预紧。
对中与安装
复查输入输出联轴器对中，消除底座软脚，检查齿轮箱与电机、被驱动设备的相对位置。
润滑与冷却
按要求选择油品、控制油位，清洗滤网与喷油嘴，处理油中水分与污染，恢复冷却能力。
箱体与结构
箱体共振可通过加筋或增加阻尼处理，支撑结构刚度不足时加固底座。
委托前需要准备的资料
齿数是齿轮箱诊断最重要的资料。没有齿数时只能根据频谱推测啮合频率，多级齿轮箱中容易张冠李戴。设备说明书、图纸或检修时的实物计数都是可行的来源。
- 齿轮箱结构形式：平行轴、直角、行星或组合式，级数与传动比。
- 各级齿轮齿数，输入转速，额定功率与实际负载情况。
- 各轴承型号与安装位置。
- 润滑方式、油品、换油记录和已有的油液检测报告。
- 温度、噪声和振动的变化过程，在线监测或巡检数据。
- 维修和更换记录，拆下的齿轮与轴承如有保留请一并保存。
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
齿轮箱噪声变大了，需要马上停机吗？
要看振动特征。若只是啮合频率谐波缓慢增长，多为正常磨损发展，可加强监测并安排检修；若时域出现每转一次的明显冲击或振动短期快速上升，可能有断齿或严重剥落，应尽快降低负载并安排停机检查。
不知道齿轮齿数，还能做诊断吗？
可以做，但把握会降低。可以从频谱中识别间距规则的峰来推测啮合频率和边带，但多级齿轮箱容易混淆归属。建议从说明书、图纸或检修记录中查找齿数，或在停机检修时实物计数。
已经定期做油液检测，还需要振动检测吗？
两者互补。油液检测能反映磨损类型和程度，但不能定位到具体齿轮或轴承；振动检测可以定位到具体的轴和级，并能发现油液不敏感的不对中、偏心和箱体共振。重要的齿轮箱建议两者结合。
齿轮箱只在某个转速段特别响，是什么原因？
常见原因是该转速下某一级啮合频率或其谐波与箱体壁板或支撑结构的固有频率接近，产生共振。可以记录升降速过程找到峰值转速，再用锤击法测量箱体频率确认，处理方法是加筋、增加阻尼或避开该转速段。
低速齿轮箱测出来振动很小，是不是就没问题？
不一定。低速时冲击能量小，速度总值对早期故障不敏感，振动小并不代表状态良好。应采用低频响应好的传感器和较长采样时间，重点看时域冲击和包络谱，并结合油液检测判断。