钱荣
南京高速齿轮制造有限公司 江苏南京 210000
摘要：调频部分包括齿轮的故障信息，并且齿轮故障并不受到振动传递路径变化的影响。为了避免行星轮通过效应所带来的影响，本文针对频率解调分析方法做出了进一步的分析，从本质模式函数的选择原则开始入手，总结了频率结构特点。
关键词：风力机；行星齿轮箱；故障分析
1 频率调解分析
1.1原理
在一般条件下，将行星齿轮箱的振动信号模型简化就能够得到一个比较简单的公式，从中可以分析出主要的影响因素，主要有齿轮故障引起的调幅和调频强度，以及初相位、啮合频率、特征频率和无量纲常数等。如图一所示：
图一：行星齿轮频率调解
信号的调频部分只包括齿轮故障所引起的调频部分，行星轮通过效应或者振动传递路径变化对调频部分并不会造成太大的影响。所以从这个角度来看，调频部分的频谱就能够进一步精简，相比之前将影响因素进一步缩小，避免了之前的复杂成分。
1.2基于经验模式分解的单分量分解
与实验不同，实际应用当中所使用的信号更为复杂，包含了多种分量的信号，为了计算瞬时频率，信号需要被分解为能够满足单分量信号要求的窄带分量。
经验模式之下的信号分布可以依照时间的变化尺度，通过三次模拟得出本质模式函数。经验模拟分解的本质就是将信号传递到时频平面上，每一个投影都可以被视作一个单分量信号，任意时刻的频率变化特征都可以被捕捉到，这样信号的瞬时频率就能够被成功捕捉并进行研究。
2瞬时频率计算
对于本质模式函数而言，如果满足单分量的基本要求，那么瞬时的频率就能够通过Hilbert变换来进行计算，通过带入瞬时相位和瞬时幅值来得出计算结果。
2.1分析过程
首先，为了满足瞬时频率的单分量要求，经验模式之下的信号能够被分解，之后成为若干的本质模式函数，之后通过计算瞬时频率来得出最优的瞬时频率，借助本质函数进行调频分析，其中最优频率为最先得到的，原因是首先经验模式之下频率是通过频率由高到低的方式来提取本质模式函数，所以应当选取最先分解得到的才能够满足要求。第二点就是齿轮故障所引起的冲击特征在低频率段分布并不明显，所以为了得到比较明显的结果必须选择高频率波段，第三点就是齿轮的振动信号载波频率通常为啮合频率，啮合频率的倍数频率也能够满足要求。最后，对瞬时频率在进行一次变换，根据瞬时频率中的变换峰值来分析故障。如图二所示：
图二：行星齿轮频率调节过程
3实验信号分析
3．1实验和分析说明
实验结果分为正常状态与故障两种，正常状态下根据瞬时频率的波谱就能够根据本质模式函数的提取原则来对频率调频进行分析。
3.2故障特征
以感应电机定子电流信号模型为例，对于行星齿轮箱而言，比较易测的是横向的振动信号，并且通过横向振动检测故障信息会非常丰富，但是缺点在于调制结构比较复杂，不利于分辨特征。扭转振动信号尽管调制信息更为简单，但是结构比较简单，测试难度比较大，所以，为了清楚地说出行星齿轮箱故障对定子电流信号的调制作用，在讨论时简化为只考虑局部的齿轮故障以及特征频率的基频。
3.3时变故障频率结构
与传统的行星齿轮箱相比，定子电流信号的故障调制尽管简单，但是由于电流比感应电流要大很多，所以实际电流信号当中供电频率的成分幅值比其他的幅值要大很多，如果故障特征比较微弱，那么故障特征提取就会受到很大的干扰。
针对行星齿轮箱的故障分析，上文对故障分析的信号模型进行了分析。总结得横向的振动信号因为测量方便同时布置点比较灵活，所以被应用的最为广泛。对于行星齿轮箱而言，横向的振动信号不仅仅会受到故障所带来的幅值与频率调制，同时还会受到时变传递路径带来的调幅作用的影响，因此信号的频率结构非常复杂。扭转振动信号收集了在扭转方向上的振动特征，从理论上来说，影响因素只包含故障造成的幅值频率调制作用。当行星齿轮箱传动系统中包含电机时，可以利用定子电流信号分析来实现故障特征提取工作，定子电流信号并不会受到传递路径的影响，并且测试方法比较简单，因此因为可行性高同时效果比较好所以未来会有很大的研究价值和应用价值。
4小结
综上所述，当故障齿轮与其他的齿轮发生啮合现象时就会产生冲击效果，冲击越强就会造成越宽的冲击分布频带，反映出来的故障就越严重，对于齿轮啮合振动的频率调制也越严重。根据信号处理模型而言，瞬时频率的频谱中的特征反映了故障位置和故障的严重程度。为了避免影响可以根据调频特点来提出解调分析方法。通过公式也能够推导出瞬时频率，分析得出结构特点，之后根据频谱分析就能够得出局部故障和具体的位置、严重程度等。
参考文献：
[1]冯志鹏，褚福磊.行星齿轮箱故障诊断的频率解调分析方法[J].中国电机工程学报，2013
[2]毕静伟，潘宏侠，葛航奇，等.基于频率切片小波变换的行星齿轮箱故障诊断[J].机械设计与制造，2016
论文作者:钱荣
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期
论文发表时间:2019/8/28
标签：频率论文; 齿轮箱论文; 信号论文; 故障论文; 行星论文; 齿轮论文; 特征论文; 《建筑细部》2018年第29期论文;