基于扭振信号的齿轮故障诊断方法研究

王 伟

（山西省煤炭职业中等专业学校，山西 太原 030032）

引言

齿轮系统是机械设备的主要零部件，其应用十分广泛[1]，但齿轮故障会影响机械设备的精度和效率，甚至导致严重的机械事故。故齿轮故障的有效诊断具有重要的意义。

目前，齿轮故障的诊断大多是基于振动信号[2]。机械传动系统中的扭矩信号包含整个系统的传递特性，齿轮的啮合特性、负载的变化以及轴承支撑等都会引起轴的扭转振动，因此当齿轮发生故障时，扭振信号的幅值和相位也会发生变化。扭振信号包含更多的系统传动信息[3]，正是由于包含更多的信息，使得故障特征的提取变得困难。

国内外针对机械传动系统的扭振问题已经开展了研究。X.Li 利用扭振信号检测汽轮发电机组的故障[4]；Charles.P 基于扭转振动提出了柴油机故障的诊断方法[5]；Kia 和Zhipeng Feng 等人通过扭转振动信号诊断行星齿轮箱故障[6]；Xiang L 等人对机轴扭振信号的时频特性进行了研究[7]。

本文针对齿轮的磨损和断齿故障提出了利用MED 对扭振信号降噪处理，再通过VMD 实现对信号的分解，并对分解的分量进行频域分析，实现故障特征的提取。

1 齿轮啮合时扭矩波动特性

设主动轮和从动轮的基圆半径为rb1、rb2，齿数为Z1、Z2，其他参数如表1 所示。当输入扭矩为T1时，从动轮的输出扭矩T20为：

表1 本文所涉及到的参数

分析齿轮传动过程中的扭矩波动，如图1 所示。在渐开线齿轮啮合传动时，齿轮的实际啮合长度为B1B2。齿轮啮合时的重叠系数为ε，齿轮的基节为Pb，啮合线段B1B2=εPb，2（ε-1）Pb长度属于双齿啮合区，（ε-1）Pb长度属于单齿啮合区。……