齒輪是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式，風(fēng)電齒輪箱中按齒輪件所處軸系及功能分配，分別有高速軸、中間齒輪、中齒軸、低速齒輪、太陽輪、行星輪和齒圈等，這些齒輪件承擔(dān)傳遞扭矩，增加轉(zhuǎn)速的功用，任何一個(gè)發(fā)生損壞都將影響機(jī)組的運(yùn)行，具數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示齒輪件故障率占風(fēng)電齒輪箱整體故障約60%，因此對齒輪件的故障監(jiān)測和診斷，是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段。為齒輪件的監(jiān)測和診斷必須能計(jì)算并識別齒輪特征頻率，通過對特征頻率幅值、分布特征的分析來判定故障位置及故障等級。

診斷分析過程中提及較多的特征頻率包括固有頻率，齒輪副的嚙合頻率，旋轉(zhuǎn)頻率；除上述頻率外還包括追逐齒頻率、組合狀態(tài)通過頻率、鬼線頻率和共振頻率等。

固有頻率Fn

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在受到外界激勵(lì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，將按特定頻率發(fā)生自然振動(dòng)，這個(gè)特定的頻率被稱為結(jié)構(gòu)的固有頻率，通常一個(gè)結(jié)構(gòu)有很多個(gè)固有頻率。固有頻率與外界激勵(lì)沒有關(guān)系，是結(jié)構(gòu)的一種固有屬性。不管外界有沒有對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，結(jié)構(gòu)的固有頻率都是存在的，只是當(dāng)外界有激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)是按固有頻率產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)的。

嚙合頻率Fm

嚙合頻率指齒輪嚙合過程中，齒輪剛性的變化頻率。根據(jù)行星傳動(dòng)和平行傳動(dòng)原理嚙合頻率的計(jì)算方式存在區(qū)別分別如下：

1）平行級嚙合頻率Fm=齒輪轉(zhuǎn)頻*齒數(shù)

舉例：高速軸齒數(shù)23，轉(zhuǎn)頻30Hz，則高速軸與中間級大輪嚙合頻率為23*30=690Hz；

2）行星級嚙合頻率Fm=太陽輪齒數(shù)*（太陽輪轉(zhuǎn)頻-行星架轉(zhuǎn)頻）=行星架轉(zhuǎn)頻*齒圈齒數(shù)；

舉例：太陽輪轉(zhuǎn)頻1.855Hz，太陽輪齒數(shù)21，行星架轉(zhuǎn)頻0.317Hz，內(nèi)齒圈齒數(shù)102，則太陽輪與行星輪嚙合頻率及行星輪與齒圈嚙合頻率=（1.855-0.317）*21=0.317*102=32.298Hz。（備注：齒圈固定，行星架輸入結(jié)構(gòu)齒輪箱）

追逐齒頻率FHT

如果一對齒輪幅中的兩個(gè)齒輪齒數(shù)有一個(gè)公約數(shù)，那么相同的兩個(gè)齒嚙合將更頻繁，導(dǎo)致磨損或損壞加劇。如果兩個(gè)齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，則可以避免公約數(shù)，那么在一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)齒只接觸其它齒一次。追逐齒頻率指一對嚙合的齒輪中，兩個(gè)齒再次相遇嚙合的概率，越小越好。

FHT=Fm/n=Fm*N/Z

n：嚙合齒輪的最小公倍數(shù)；

N：嚙合齒輪的最大公約數(shù)；

Z：嚙合齒輪齒數(shù)乘積。

組合狀態(tài)通過頻率Fh

一對齒輪嚙合過程中，每一個(gè)齒只與相嚙合齒輪的1/N個(gè)齒嚙合，若齒輪有制造缺陷將直接導(dǎo)致頻譜中出現(xiàn)Fm/N，即組合狀態(tài)通過頻率及其諧頻；

Fh= Fm/N；

N：嚙合齒輪的最大公約數(shù)。

鬼線頻率Fg

鬼線頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍，通常位于嚙合頻率附近，看起來像是一個(gè)嚙合頻率，但是齒輪箱內(nèi)沒有這個(gè)齒數(shù)的齒輪，經(jīng)常出現(xiàn)在新齒輪的頻譜圖中，通常由于齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)齒輪的誤差導(dǎo)致的，如渦輪或者蝸桿的齒輪。對鬼線頻率的辨別通常有如下兩種方法：方法一是基于鬼線頻率對載荷不敏感，因此在不同的負(fù)載下，采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，做頻譜分析，可發(fā)現(xiàn)嚙合頻率幅值變化很大，但鬼線頻率變化小，方法二是使用階次分析，這樣可以通過階次線確定鬼線頻率與轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)關(guān)系，如果該倍數(shù)不是齒輪箱內(nèi)任何齒輪的齒數(shù)（或其整數(shù)倍），或發(fā)現(xiàn)一個(gè)頻率（或一組諧頻）找不出來源，那有理由懷疑它很可能是鬼線頻率。鬼線頻率通常出現(xiàn)在新加工出來的齒輪結(jié)構(gòu)中，隨著運(yùn)行時(shí)間的推進(jìn)，這些鬼線頻率會(huì)消失。

共振頻率

共振是指系統(tǒng)受到外界激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)表現(xiàn)為大幅度的振動(dòng)，此時(shí)外界激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率相同或者非常接近。共振是一種現(xiàn)象，共振發(fā)生時(shí)的頻率稱為共振頻率。不管共振發(fā)生與否，結(jié)構(gòu)的固有頻率是不變的，而只有當(dāng)外界的激勵(lì)頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)生共振現(xiàn)象。當(dāng)激勵(lì)頻率與固有頻率相等或接近時(shí)，才發(fā)生共振。因而，共振頻率不一定完全與固有頻率相等，共振頻率是按外界的激勵(lì)頻率來講的，而固有頻率是從結(jié)構(gòu)來講的。雖然很多情況下，都認(rèn)為共振頻率就是固有頻率。在頻響函數(shù)曲線中，共振峰所對應(yīng)的頻率為結(jié)構(gòu)的固有頻率，如下圖1所示。但很多情況，共振不是發(fā)生在單一頻率（固有頻率）處，而是具有一定寬度的共振帶，如圖2所示。也就是存在一個(gè)頻率區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)很容易發(fā)生共振，圖2中Fn是固有頻率，F(xiàn)1-F2，是共振頻帶。


只有能夠正確的識別和計(jì)算齒輪的特征頻率，才能在齒輪狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中得出最精確的結(jié)果，給出最準(zhǔn)確的運(yùn)維建議。