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研究生课程考核试卷

（适用于课程论文、提交报告）

科 目：设备状态监测与故障诊断 教 师： 谢志江 姓 名： 吴趣鸿 学 号： 20110702006 专 业：机械制造及其自动化 类 别： 学术 上课时间： 2012 年 4 月 至 2012 年 7月 考 生 成 绩：

卷面成绩

阅卷评语： 阅卷教师 (签名)

平时成绩 课程综合成绩

重庆大学研究生院制

一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法

1、齿轮啮合频率机理

齿轮啮合频率的定义：齿轮在啮合过程中会因为冲击等原因产生振动，此振动的频率即为齿轮啮合频率，也称特征频率fz。

如图1.1所示,齿轮1和齿轮2啮合,齿数分别为z1和z2,转速分别为n1和n2,旋转频率分别为fr1?n1n,fr2?2,则两个齿轮的啮合频率为：6060fz?zfr?z1fr1?z2fr2。

z1,n1

z2,n2

图1.1

啮合频率产生的原因有如下三种:

（1）啮合齿轮载荷的变化频率等于啮合频率

由齿轮啮合重合度的含义可知,在齿轮啮合过程中,由于存在单对齿和双对齿啮合的转换,因此每个齿轮上所承受的载荷是不断变化的。一个齿轮在其参与的一次整个啮合过程中, 由于单、双齿啮合的交替,会使原来由两对齿承担的载荷突然由一对齿承担,或者由一对齿承担的载荷突然由两对齿承担,从而使作用在齿轮上的载荷发生突变.其变化频率等于啮合频率。

（2）在啮合过程中齿轮滑动方向(摩擦力方向)改变的频率等于啮合频率。

在啮合过程中齿面所受摩擦力在节点两侧方向会发生改变。一对齿轮在啮合过程中，两齿齿面相接触点的速度方向除节点以外都是不同的，使得相接触的齿面之间产生相对滑动，而相对滑动导致齿面之间的滑动摩擦。

图1.2

如图1.2所示,设齿面所受的正压力为PN，由正压力PN和相对滑动而产生的摩擦力就等于PN?f，这里，f为滑动摩擦系数。轮齿处于啮入段和啮出段时齿面所受的正压力和摩擦力如图所示。因此，轮齿所受的摩擦力在啮入段和啮出段上是刚好反向的，并且以节点为分界点。

由以上分析可以看出一对齿轮啮合，当啮合点通过节点时，由于轮齿受到的摩擦力在节点两侧方向不同而使齿面摩擦力有一个突然换向，这种突然的换向使轮齿受到冲击，轮齿摩擦力方向改变(受到冲击)的频率即等于啮合频率。 （3）啮合过程中刚度变化的频率等于啮合频率

在两个齿轮啮合过程中,每个齿轮相当于一个悬臂梁,且在齿顶处齿厚较薄,因此在齿顶啮合时齿轮的综合刚度较小,变形较大,而在齿根啮合处刚度大，变形小。另外, 如图1.3所示,在啮合过程参与啮合的齿轮数并不是一直不变的。

图1.3