齿轮箱故障诊断技术（一）

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前言

齿轮箱作为机械设备中用于连接和传递动力的关键部件，在风力发电机、直升机、汽车、农业机械、冶金机械等大型复杂机械装备中得到了广泛的应用。然而，受恶劣工作环境、强负荷、高速、长期连续运行等工作状态的影响，齿轮箱中一些典型的零部件，知齿轮、滚动轴承，均容易出现各种类型的故障，进而影响到机械系统整体运行的安全性和可靠性，轻则导致产品或服务质量下降，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，开展齿轮箱故障诊断技术研究，及时准确地识别出故障模式并为后续维修维护提供指导，对保障机械系统安全可靠运行，避免重大事故的发生具有非常重要的意义。

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一、齿轮典型故障的振动特性

由于工作环境恶劣、维护保养不及时等原因，齿轮箱容易出现各种局部式及分布式故障，进而会直接影响设备的安全可靠运行。其中，齿轮的点蚀、脱落、裂纹等是齿轮箱较为常见的几种局部故障模式。若没有及时发现这些局部故障，则在长时间的运行过程中故障齿轮容易形成有一定宽度和深度的缺陷，同时随着缺陷的加深极有可能导致缺齿或断齿故障，最终造成齿轮箱失效。在实际运行过程中，当存在局部故障的齿轮与其他齿轮啮合时，将会产生冲击现象，这一冲击现象在齿轮的旋转运动作用下将按照一定的时间间隔规律重复出现。因此，由于连续性冲击的存在，齿轮局部故障状态下的振动信号存在较严重的调幅和调频现象。除了上述的局部故障，一些典型的分布式故障（如齿轮均勻磨损，齿轮或轴系质量偏心）则将引起啮合刚度的低频周期性变化，这种低频的啮合刚度的周期性变化将调制振动信号的幅值和瞬时频率。况且，即使是健康的齿轮箱，制造或安装误差（如齿形误差）也在所难免，这些状况和齿轮典型的分布式故障具有极为相似的调制特点。此外，信号传递路径的复杂性以及运行工况的不稳定性也会对振动信号产生额外的调制作用。因此，本节结合齿轮箱实际运行工况，考虑齿轮典型故障模式以及运行工况变化对振动信号的调幅调频作用，研究典型故障状态下振动信号的频谱特性。

二、研究现状

斜齿轮具有传动平稳、低噪声和承载能力大等优点，被广泛地应用于机械传动装备中。但是低速工况下的斜齿轮早期故障诊断较为困难。当斜齿轮在低速条件下运转时，轮齿表面的局部故障产生的振动冲击能量较小.由王受到轴和轴承等旋转部件的振动干扰:其故障特征很难被提取到。另外，齿轮早期故障通常发生在单个齿面或者很少的齿面上，只有当故障轮齿在啮合位置才能产生很小的振动冲击，所以齿轮的早期故障特征很容易被正常轮齿的振动和环境噪声所淹没。目前,针对齿轮早期故障诊断的方法主要通过抑制噪声提高信噪比达到提取微弱特征的目的，常用的有小波降噪、随机共振、循环平稳解调、卡尔曼滤波一等多种方法。虽然这些方法在抑制噪声干扰、提高信噪比方面取得了较好的效果,但很难有效地滤除信号中的无关周期分量，而且在齿轮传动系统中由轴承、轴等其他旋转部件形成的周期性噪声干扰不可忽略。

参考文献

[1]SONG Baoyu, XIE Zhijie, ZHANG Feng,等. 基于角度域同步平均和阶次分析的低速斜齿轮故障诊断[J]. 吉林大学学报:工学版, 2015, 45(2):454-459.