共振频带齿轮故障振动特征分析

于欣楠 陈小旺 冯志鹏

摘要：齿轮故障引起的冲击激发齿轮箱甚至测试系统共振，共振频带携带齿轮故障信息，可以利用这一性质诊断齿轮故障。建立了共振频带内齿轮故障振动信号的调幅一调频模型，推导归纳了共振频带内故障边带特点以及幅值和频率解调谱特征规律。根据共振频率不随转速变化的性质，提出了齿轮箱/测试系统共振频率的识别方法，即直接根据振动信号的时频结构识别共振频率，无需进行模态试验测试。针对时变复杂边带识别的难点，提出共振频带分量的时变幅值解调和频率解调方法，直接提取故障特征。通过数值仿真和实验测试验证上述特征规律和分析方法，成功识别了共振频率，并在恒定转速与时变转速工况下准确提取了故障特征。

关键词：故障诊断;齿轮箱;共振;时频分析;解调

中图分类号：TH165⁺.3;THl32.41文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）02-0424-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.02.023

引言

齿轮传动作为一种重要的传动方式，在各种机械设备中应用广泛，其健康状态直接影响机械设备的正常运行。齿轮一旦出现故障，將降低动力传动效率，甚至导致设备停机。因此，开展齿轮故障研究具有十分重要的意义。

在基于振动信号分析的齿轮箱故障诊断中，目前主要在啮合频率或其倍频附近寻找故障特征。齿轮局部故障将引起重复性冲击，对啮合振动产生调幅调频作用，其中，载波频率为啮合频率或其倍频，调制频率为齿轮故障特征频率。在载波频率即啮合频率或其倍频周围，频谱呈现边带结构。……