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齿轮失效及故障诊断（一）
变速箱或者车桥内都包含最基本的传动单元，那就是齿轮、轴承和轴，他们一旦其中一个失效或者几个失效会产生一系列的影响，失效和后期失效检测也主要从这几方面入手。
我们开动车辆使用的齿轮刚开始都是有个磨合的过程，磨合一段时间以后齿轮啮合更加平顺了，整车油耗也低了，但是随着时间的进行，必然是要失效的。可能由于齿轮制造过程误差没控制好，也可能是驾驶员操作不正确，也有可能跟齿轮材料热处理工艺不好有关。通常见到的齿轮的失效形式，在前面的《卡车驱动桥齿轮疲劳试验的思考》系列文章中介绍到有点蚀和断齿两种主要失效形式，除了这两种之外还有齿面胶合，齿面磨损等失效形式。轴承也是很有可能失效的，但是个人认为轴承的失效应该更晚一些，因为疲劳试验过程中一般是观察齿轮的齿失效情况决定试验是否完成，轴承部分主要失效形式有内环失效，外环失效，滚动体的点蚀和剥落，保持架损坏。当然齿轮轴也有可能失效，有可能安装不到位或者使用过程中载荷过大导致轴旋转不平衡，或者弯曲等失效。
要想后期对齿轮故障进行有效的诊断，我们需要对常见的失效有准确的了解，诊断的原因是因为我们看不到内部的齿轮与轴承，需要外部通过振动与噪声信号的手段去定向知道具体是不是失效，失效的地方在哪，失效具体是什么形式，等确定了这些信息后，如果实在无法确定的情况下，只能通过拆解的手段去目测了，但是这样费时费力。下面我们进行详细的介绍。
齿面磨损：我们在使用齿轮的过程也是齿轮啮合的过程，时间久了以后会出现摩擦损伤的现象。磨损程度如果较轻，称之为正常磨损，这时候齿面还是相对光亮的，看不到明显的伤痕，各项齿轮指标符合图纸要求。如果再经过更长时间的使用，很有可能在齿轮啮合的过程中有颗粒混入或者润滑不足等原因导致齿面逐渐发暗，磨损加重，齿面啮合区域齿轮的尺寸发生变化，啮合间隙增大，久而久之成为严重磨损，这时候我们主观上就能感受到振动噪音增大。还有一种原因容易发生在变速箱的齿轮上，就是换挡的瞬间齿轮表面受到一定的冲击载荷导致齿轮磨损，避免这种问题主要是通过加强工艺控制，例如齿轮表面硬度，硬化层等参数要控制好。
图1 齿面磨损
齿面胶合：在高速重载的齿轮传动中，往往因温度升高，润滑油的油膜被破坏，接触齿面产生很高的瞬时温度，同时在很高的压力下，齿面接触处的金属局部黏结在一起，齿轮继续相对运动后由从黏合出分离，这回导致有小的颗粒会掉下来，这个过程反复进行就会发生最终的严重失效，出现齿面胶合后将产生强烈磨损。发生胶合后的外观齿轮现象是齿面沿滑动速度方向出现深宽不等的粗糙条纹状样子。为了防止胶合，可采用黏度较大或抗胶合性能较好的润滑油及提高齿面硬度与降低表面粗糙度等措施。
图2 齿面胶合
齿面点蚀和断齿这里就不进行介绍了。
轴不平衡：它是非常经典的齿轮系故障，有可能是加工制造工艺导致的，不进行非常细致的检查无法查出，虽然我们都进行了正常的装配；有可能是使用过程轴受到非常大的冲击载荷发生类似塑性变形了；也有可能长期在受到偏载情况工作，产生疲劳变形。轴不平衡会加速齿轮和轴承的失效，因为轴每转一圈，齿轮和轴承就承受一个相对的过载荷。
图3 轴不平衡
轴向窜动：如果轴支撑的齿轮是斜齿，当轴上的斜齿发生啮合的时候，如果轴向没有很好的定位或者锁紧装置，很多时候会发生轴向窜动，会严重影响齿轮传动效率和平稳，会加重齿面的磨损。
图4 斜齿导致轴向窜动
轴承失效：一般安装轴承的时候，轴承内环与轴的配合是过盈配合，轴承外环与轴承座的配合也是过盈配合，随着长期的运转过程，润滑油品变差导致轴承工作环境变恶劣，容易发生导致轴承内环外环或者滚动体的失效。
图5 轴承失效
进行故障诊断之前，我们需要搞清楚一个经典的概念—调制。调制主要应用在通信领域，作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。用来传送消息的信号UC(t)叫作载波或受调信号,代表所欲传送消息的信号叫作调制信号，调制后的信号 u(t)叫作已调信号。用调制信号控制载波的某些参数，使之随而变化，就可实现调制。主要分三类：调幅、调频和调相。调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。调相，利用原始信号控制载波信号的相位。
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