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摘要：许多机械设备的变速传动设备都是齿轮箱，一旦齿轮箱在运转过程中发生故障则很容易给机器或者机组的正常运作带来重要影响，情况严重的还可能会危及工作人员的生命安全，导致安全事故的发生。因此，有效监测齿轮箱的运行状态，提高故障诊断效率，确定故障类型、具体位置，并尽快做出相应的解决对策对于维护设备正常运行，保障工作人员的生命安全意义重大。
关键词：齿轮箱；震动信号；频谱分析；故障诊断
1.前言
齿轮传动系统的构成非常复杂，再加上设计不当等原因很容易导致齿轮箱发生故障，影响整台设备或机组的正常运作，因此我们必须重视并加强齿轮箱故障的诊断方法和效率。由于齿轮震动的频谱图当中含有非常丰富的信息，如果我们能对其进行有效分析则能够帮助我们确定故障类型、位置及其原因。本文结合时域统计参数法和包络调解法来对齿轮箱震动信号频谱进行分析和故障诊断。
2、频谱分析及齿轮箱故障诊断方法
由于齿轮的震动信号当中包含了齿轮缺陷的相关信息，因此目前我们主要采用震动信号分析法来对齿轮箱进行故障诊断。分析齿轮故障信息最基本也是最常用的方法是震动信号的频谱分析法。
2.1时域统计指标分析法
我们在分析震动信号的时域特征的时候往往会涉及到量纲参数有均方值（DAL）、峰值（peak）等等，从某种程度上来说这些参数能够判断齿轮箱是否存在故障，分析设备的发展趋势。由于绝大部分的齿轮震动信号都是周期性函数，其信号瞬间的脉冲性等都是较为显著的，因此我们能够在时域内对震动信号的波形曲线来进行分析并判断齿轮性能。时域波形分析法简单易行，而且在判断部分齿轮箱故障上比较有成效，因此使用也比较多，本文主要应用的是其时域统计指标分析法。
2.2功率谱分析
在具体应用过程中通常所截取到的震动信号大都为随机的离散信号，因此达不到无限区域内可积的要求，也就不能直接使用傅立叶变化来做频域分析。因此这种情况下我们可通过功率谱密度来对频域构成进行研究。
2.3包络谱分析
解调谱分析又被称为包络谱分析，当齿轮出现故障则震动信号的啮合频率在传送过程中就会被故障齿轮所在的轴旋转频所调制，在时域里该调制信号会形成波形的包络轨迹，而在频域里则会对称分布在啮合频率两边的边频带。当轴承出现故障的时候相似的调制情况也会发生。因此从震动信号当中提取和故障有关的低频调制信号，再分享调制频率和倍频相对应的幅值变换则能够帮助我们判断齿轮箱故障所出现的位置。
3、齿轮箱震动信号频谱分析和故障诊断的具体案例研究
3.1某齿轮箱结构参数简介
在本次案例研究当中所选择的齿轮箱结构如下：一级行星、两级平行和内齿圈固定的行星轮系，传动比设定104，采用动力增速设备。其中齿圈Z1是固定的，行星架输入动力之后经由行星轮将动力传送到太阳轮Z3，从太阳轮轴传送给第二级平动轮系Z4和Z5，自中间轴传送给第三平动齿轮系Z6和Z7，随后经由高速轴输出来。下图是该齿轮箱的结构简图。
图13未知齿轮箱检测点2处震动信号解调谱图
上图中有两处峰值存在（29.5Hz、59.05Hz），在对比前文中的齿轮故障频率之后我们可以发现，29.5Hz是Z7所在轴的转频，而59.05 和 88.55Hz则分别是2/3倍频，如果齿轮存在故障，那么功率谱图当中的齿轮啮合频率和倍频两个地方就有显著峰值存在，同时啮合频率的周围还有边频带出现，结合上述分析我们可以判断齿轮7有故障存在。
4、结束语
本文结合具体试验案例分析表明采用时域统计参数法和包络调解法来分析齿轮箱震动信号，分析其是否存在故障，判断故障类型和具体位置是有一定效果的。
参考文献：
[1]杨晨.基于振动信号分析法的滚动轴承故障诊断研究[D]. 兰州理工大学，2014
[2]张雪刚.齿轮箱振动信号分析方法研究[D]. 沈阳工业大学，2017
[3]王聪.基于振动信号的齿轮箱故障诊断系统的研究与开发[D]. 华北电力大学，2012
论文作者:邓智
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/21
标签：齿轮箱论文; 信号论文; 齿轮论文; 故障论文; 时域论文; 频谱论文; 包络论文; 《防护工程》2017年第18期论文;