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【摘 要】 某型齿轮箱试车过程中发出异常噪声，本文通过齿轮箱上关键测点的振动信号的采集及频谱分析，结合齿轮箱各个齿轮之间啮合频率的计算。对其异常噪声的来源进行分析判断。
【关键词】 振动；频谱分析；啮合频率；谐波；变频带
1.引言
齿轮箱中的轴、齿轮和轴承在工作时会产生振动，一旦发生故障，其振动信号的能量分布就会发生变化，所以振动信号是齿轮箱故障特征的载体。由于齿轮箱结构复杂，传递路径较多，齿轮箱工作时齿轮、轴承、轴系等部件产生的振动信号频率复杂，加上齿轮箱工况变化大、噪声干扰严重，涉及的问题较多，因此是一项难度较大的工作。
我公司某型号齿轮箱试车过程中发出异常噪声，我们通过齿轮箱上关键测点的振动信号的采集及频谱分析，结合齿轮箱各个齿轮之间啮合频率的计算。对其异常噪声的来源进行分析判断。
2.频谱及啮合频率关系
频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值。正常运转状态下的频谱图通常是：一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。如下图所示。
而齿轮在啮合过程中的刚度是随参与啮合的齿数而变化的。齿轮在工作过程中，其上承载的载荷不断的变化引起刚度的变化，刚性的变化就会引起齿轮的振动，这种振动通常称为啮合振动，齿轮振动信号中包括了啮合频率及其高次谐波成分。
若在一对啮合齿轮中，主动轮的转速为，齿数为，从动轮的转速为，齿数为，则齿轮啮合频率为
3.啮合频率计算
我们在做频谱分析之前，对齿轮箱各齿轮进行啮合频率的计算就显得至关重要。齿轮箱传动原理简图如下
其中各个齿轮齿数如下表所示：
测试时实际工况为齿轮箱输入转速2000r/min，试验要求保持ZL50D液力变速器在0.35±0.05工况。因为实际输出转速一直在波动变化，所以对每个测点的齿轮啮合频率做了分别计算。
Ⅰ档时的啮合频率计算
在做Ⅱ档加载试验时，由于更换了电涡流加载器，输出转速保持为1780r/min，所以各个测点保持统一的工况，啮合频率计算如下：
4.振动频谱分析
使用西马力手持式检测设备尽量靠近齿轮箱各个传动轴的位置，测点分布如下图所示：
（1）Ⅰ档时测点1位置振动频谱如下
从图中我们可以看出第一个波峰33.125HZ，33.125×60=1987.5，接近齿轮箱输入转速2000r/min，应该是输入的转频。
另外几个波峰正好是228.75HZ的2次、3次谐波。通过我们上面的計算，228.75HZ为齿轮ab的啮合频率。
（2）Ⅰ档时测点2位置振动频谱如下
最高的波峰为233.75HZ的2次谐波，通过我们上面的计算，233.75HZ也接近齿轮ab的啮合频率
（3）我们选取Ⅰ档时测点2的，467.5HZ的边频带进行观察，波形如下：
边频带与主峰之间的差值为471.25-467.5=3.75HZ，其值接近齿轮箱中间轴转频3.81HZ，所以我们可以判断出，导致波峰出现的齿轮应该为中间轴上的b齿轮。
（4）我们选取Ⅰ档时靠近中间轴位置的测点4，振动频谱如下图所示
图中波峰505HZ、757.5HZ都为252.5HZ2次和3次谐波，而252.5也接近上面计算的Ⅰ档时测点4工况时ab齿轮的啮合频率。
（5）我们再次通过测点4的边频带确认，508.75-505=3.75HZ，接近中间轴的转频。所以我们可以判断出，导致波峰出现的齿轮应该为中间轴上的b齿轮。
（6）我们选取倒档时测点4的振动频谱
从图中我们可以看出436.875HZ和655.625HZ两个波峰为基波218.75HZ的2次、3次谐波。而218.75HZ也接近我们上面计算倒档时测点4的ab齿轮啮合频率217.28HZ。
5.总结
频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值，正常状态下的频谱图通常为一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频以致X倍频逐步参差递减。而通过我们的测试数据看都是二次、三次谐波倍频幅值要大于一倍频，频谱图中主要特征频率正好符合齿轮b的啮合频率，也就是以齿轮b啮合频率及其谐波为载波频率，以其所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，谱图上在啮合频率及其倍频附近产生幅值较小且稀疏的边频带。
所以我们判断产生异常振动的主要原因有以下几点：
（1）ab两齿轮所在轴不平行。
（2）ab两齿轮啮合侧隙偏大。
（3）b齿轮齿形误差。
参考文献：
[1]《测试基础》——朱才朝
[2]《振动测试与分析技术》——张思
【关键词】 振动；频谱分析；啮合频率；谐波；变频带
1.引言
齿轮箱中的轴、齿轮和轴承在工作时会产生振动，一旦发生故障，其振动信号的能量分布就会发生变化，所以振动信号是齿轮箱故障特征的载体。由于齿轮箱结构复杂，传递路径较多，齿轮箱工作时齿轮、轴承、轴系等部件产生的振动信号频率复杂，加上齿轮箱工况变化大、噪声干扰严重，涉及的问题较多，因此是一项难度较大的工作。
我公司某型号齿轮箱试车过程中发出异常噪声，我们通过齿轮箱上关键测点的振动信号的采集及频谱分析，结合齿轮箱各个齿轮之间啮合频率的计算。对其异常噪声的来源进行分析判断。
2.频谱及啮合频率关系
频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值。正常运转状态下的频谱图通常是：一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。如下图所示。
而齿轮在啮合过程中的刚度是随参与啮合的齿数而变化的。齿轮在工作过程中，其上承载的载荷不断的变化引起刚度的变化，刚性的变化就会引起齿轮的振动，这种振动通常称为啮合振动，齿轮振动信号中包括了啮合频率及其高次谐波成分。
若在一对啮合齿轮中，主动轮的转速为，齿数为，从动轮的转速为，齿数为，则齿轮啮合频率为
3.啮合频率计算
我们在做频谱分析之前，对齿轮箱各齿轮进行啮合频率的计算就显得至关重要。齿轮箱传动原理简图如下
其中各个齿轮齿数如下表所示：
测试时实际工况为齿轮箱输入转速2000r/min，试验要求保持ZL50D液力变速器在0.35±0.05工况。因为实际输出转速一直在波动变化，所以对每个测点的齿轮啮合频率做了分别计算。
Ⅰ档时的啮合频率计算
在做Ⅱ档加载试验时，由于更换了电涡流加载器，输出转速保持为1780r/min，所以各个测点保持统一的工况，啮合频率计算如下：
4.振动频谱分析
使用西马力手持式检测设备尽量靠近齿轮箱各个传动轴的位置，测点分布如下图所示：
（1）Ⅰ档时测点1位置振动频谱如下
从图中我们可以看出第一个波峰33.125HZ，33.125×60=1987.5，接近齿轮箱输入转速2000r/min，应该是输入的转频。
另外几个波峰正好是228.75HZ的2次、3次谐波。通过我们上面的計算，228.75HZ为齿轮ab的啮合频率。
（2）Ⅰ档时测点2位置振动频谱如下
最高的波峰为233.75HZ的2次谐波，通过我们上面的计算，233.75HZ也接近齿轮ab的啮合频率
（3）我们选取Ⅰ档时测点2的，467.5HZ的边频带进行观察，波形如下：
边频带与主峰之间的差值为471.25-467.5=3.75HZ，其值接近齿轮箱中间轴转频3.81HZ，所以我们可以判断出，导致波峰出现的齿轮应该为中间轴上的b齿轮。
（4）我们选取Ⅰ档时靠近中间轴位置的测点4，振动频谱如下图所示
图中波峰505HZ、757.5HZ都为252.5HZ2次和3次谐波，而252.5也接近上面计算的Ⅰ档时测点4工况时ab齿轮的啮合频率。
（5）我们再次通过测点4的边频带确认，508.75-505=3.75HZ，接近中间轴的转频。所以我们可以判断出，导致波峰出现的齿轮应该为中间轴上的b齿轮。
（6）我们选取倒档时测点4的振动频谱
从图中我们可以看出436.875HZ和655.625HZ两个波峰为基波218.75HZ的2次、3次谐波。而218.75HZ也接近我们上面计算倒档时测点4的ab齿轮啮合频率217.28HZ。
5.总结
频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值，正常状态下的频谱图通常为一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频以致X倍频逐步参差递减。而通过我们的测试数据看都是二次、三次谐波倍频幅值要大于一倍频，频谱图中主要特征频率正好符合齿轮b的啮合频率，也就是以齿轮b啮合频率及其谐波为载波频率，以其所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，谱图上在啮合频率及其倍频附近产生幅值较小且稀疏的边频带。
所以我们判断产生异常振动的主要原因有以下几点：
（1）ab两齿轮所在轴不平行。
（2）ab两齿轮啮合侧隙偏大。
（3）b齿轮齿形误差。
参考文献：
[1]《测试基础》——朱才朝
[2]《振动测试与分析技术》——张思