齿轮啮合频率科普
齿轮啮合频率是指一对啮合齿轮的齿面每秒接触的次数。它是齿轮箱振动分析中至关重要的特征频率，因为其频谱形态直接反映了齿轮的健康状态与啮合质量。
核心公式与案例
啮合频率 = 轴转频 × 齿轮齿数
实例解析
以一台简单的齿轮箱为例：
• 输入轴转速：1500 RPM
• 轴转频：1500 / 60 = 25 Hz
• 小齿轮齿数：24齿
则 啮合频率 = 25 Hz × 24 = 600 Hz
在振动频谱中，您可能会观察到：
• 在 600 Hz 处出现一个明显的峰值（啮合频率主峰）。
• 其谐波：1200 Hz (2×GMF), 1800 Hz (3×GMF)。
• 在 GMF 主峰两侧，以轴转频（25 Hz） 为间隔出现的边频带（如 575 Hz, 625 Hz）。
边频带：故障的早期信号
边频带的出现，通常是齿轮问题（如偏心、齿裂纹、不均匀磨损或载荷波动）导致振动幅度被调制的第一个征兆。它们如同环绕主峰的“卫星”，是诊断的关键线索。
啮合频率的诊断价值
通过分析 GMF 及其谐波、边频带的变化，可以有效地识别：
• 齿轮均匀磨损或点蚀
• 齿根裂纹或断齿
• 齿轮安装偏心
• 润滑不良
• 载荷分布不均
核心判别要点
• 若 GMF 幅值高但边频带稀少：通常表明齿轮负载较重或制造精度特点，未必是故障。
• 若 GMF 周围出现丰富且幅值增长的边频带：这通常是齿轮损伤正在发展的明确标志。
何时应重点关注啮合频率？
当出现以下情况时，GMF 分析是关键：
振动能量增长集中在高频段
边频带幅值随时间持续增强
负载加大时，噪音与振动显著加剧
轴承状态良好，但整体振动值居高不下
为何整体振动值（Overall RMS）远远不够？
在齿轮故障的早期和中期，整体振动值可能变化不大，完全无法揭示隐藏的问题。只有聚焦于啮合频率及其边频带的精细频谱分析，才能穿透表象，真实评估齿轮箱的内部健康状况。
实战案例：通过啮合频率与边频带分析预警风机增速箱齿面损伤
背景：某化工厂一台关键离心风机，其增速箱（输入轴1480 RPM，小齿轮22齿）的振动总值在数月内缓慢攀升至警戒线。
诊断过程：
1. 频谱分析：振动频谱显示，在 ~542 Hz (计算GMF) 处存在显著峰值，且其二次、三次谐波（~1084 Hz, ~1626 Hz）也非常突出。
2. 关键发现：在 GMF 主峰及其谐波两侧，发现了以输出轴转频（约13.5 Hz） 为间隔的、幅值可观的边频带族。这是一个强烈的调制信号。
3. 故障定位：边频带间隔对应于输出轴（大齿轮轴）转频，结合谐波丰富，明确指向大齿轮存在局部故障（如齿面剥落、裂纹），导致啮合刚度发生周期性变化，调制了啮合振动。
4. 趋势确认：调阅历史数据发现，这些边频带的幅值在过去三个月里持续增长，而整体振动值直到近期才超标。
诊断结论为大齿轮齿面早期局部损伤。基于清晰的频谱证据和发展趋势，工厂在计划停机中优先检查并更换了大齿轮。拆解后证实，大齿轮上存在两处相邻齿面的中度点蚀，与诊断完全吻合。
本例中，若仅监控整体振动值，将错过数周乃至数月的宝贵预警期。正是对啮合频率谐波增长和特征边频带的持续关注，实现了从“故障后维修”到“预测性干预”的跨越，避免了潜在的齿轮断裂和非计划停机。