关于齿轮传动系统故障诊断技术的研究进展

关于齿轮传动系统故障诊断技术的研究进展

魏玉琪

民勤县职业中等专业学校  733399

摘要：齿轮传动系统作为如今应用最为广泛的动力传递装置之一，为汽车、航天、冶金、煤矿、核能等众多领域提供了运转和操作的技术手段，因此，对于齿轮传动系统的日常养护及检修工作就要引起高度的重视，一旦出现了故障就会使得整个机器设备无法正常运转，进而影响到整个工程的实施及进展。因此，设备检修和维护人员应当提前做好齿轮传动系统的故障诊断工作，避免机器运转过程中发生故障，造成不必要的损失。本文结合当前国内外的有关研究理论，简要介绍了齿轮传动系统故障诊断技术的研究分析，并对有关技术提出了进一步的展望。

关键词：齿轮传动系统；故障诊断；故障分析；特征提取

引言

一、齿轮传动系统故障诊断方法

首先，要想做好齿轮传动系统故障诊断技术的研究工作，首先要掌握齿轮传动系统故障诊断方法。而齿轮在运动的过程中，会产生多种多样的有特征的变化。而这些特征的变化会直接表现出齿轮传动系统的运行状态，齿轮传动系统故障诊断的主要方法就是对这些故障特征进行提取，进而通过综合分析来做出准确的判断。

（一）基于振动信号的齿轮传动系统故障诊断方法

通过振动信号来对故障进行诊断是当前十分通用的技术之一。从形式上看，可以将齿轮传动系统看作是弹簧阻尼系统所构成的非线性系统。由此可以得知，齿轮传动系统在进行时可以传递出许多信号，而这些信号中，包含着不同设备的故障信息。振动信号是能够在最大程度上呈现出齿轮和轴承运行状态的一个特征，但是由于受到目前现实中众多因素的制约，例如传感器的安装情况等，都会对信号的监测造成影响，甚至会由于这些干扰因素导致信号的获取存在误差，从而影响故障诊断的结果。

（二）基于电流分析的故障诊断方法

电流分析故障诊断方法主要是应用于电器系统的齿轮传动系统当中，并且在电动机的应用过程中发挥着十分显著的作用。由于电动机在工作的过程中，电流的变化并非一直是平稳的，在不同的负荷状态下会呈现出不同的特征，因此，通过电流分析方法对齿轮传动系统进行检测，可以直观地观察到电流发生的变化。这种方法无需安装传感器，只需要对电流信号进行监测和提取就可以更加快捷，方便的获取齿轮传动系统的运行状态，并分析出可能存在的故障问题。电流分析故障诊断方法是一项更加容易获得的数据分析方法，但是由于并非所有的设备都会在工作时产生电流，因此，这项技术尚且存在一定的局限性。

（三）基于声音信号的故障诊断方法

由于齿轮传动系统在运作的过程中会时刻发生振动，这些振动会带动机械内部结构而发出声音，这使得基于声音信号的故障诊断方法在一定条件下成为十分方便的一种故障诊断方法。这些声音会作为齿轮传动系统运作状态的一种提示，使得故障问题得到更加清晰的显示。同时，由于通过声音对故障进行判断，只需要安装麦克风就可以实现，因此这项技术可以为企业节约一定的成本，这都使得这项技术，有一定的可操作性。但是由于声音的显示，结果并非是直观的，因此，在多种问题同时存在时，通过声音信号进行故障诊断十分可能会发生误差，出现故障信息提取失误等问题。

（四）基于声发射的故障诊断方法

基于声发射的故障诊断方法与基于声音的故障诊断方法并不完全相同。这种方法主要是运用信号采集器对声发射信号进行收集，并且在进行综合分析后对声音发射的来源进行提取的一项技术。相较于普通的声音信号采集而言，声发射诊断方法会更加严谨有效，并且声发射的检测结果会随着故障问题的大小而发生变化，因此就可以根据信号的强弱来判断故障的具体形态，同时，也可以对未来的故障发展方向，有更加明确的预测与认识。

二、故障特征提取方法研究

（一）经典谱分析法

自从齿轮传动系统得到广泛的应用以来，对于齿轮传动系统故障的诊断技术就有了众多的理论研究，对此，国内外的众多研究学者都提出了不同的分析方法，例如高通绝对值分析、希尔伯特变换等。从这些方案中可以看出目前最为常用，并且效果较为良好的便是包络分析方法。包络分析方法主要是通过对旋转机械发出振动信号时的高频信号进行解析，从中提取出故障信号的一种方法。在此基础上，我国的一些学者提出了全息谱方法以及高阶谱方法等。这些检测方法都在原有的基础上，结合实际进行了更加周密的研究与改善，对于目前进行齿轮传动系统故障诊断有着十分重要的意义。

（二）时频分析方法

经典谱方法主要是基于傅里叶变换的理论思想展开的一种分析方法。但是由于它不能反映信号频率成分的时间特性，因此，对于旋转机械而言，经典谱方法仍然存在一定的局限性。在这种情况下，采用时频分析方法可以更加有效地解决经典谱方法无法判断的一些故障问题。与经典谱方法相同的是，时频分析方法同样有着许多的理论研究，例如短时傅里叶变换、小波变换等。并且在近些年来，局域均值分解、本征时间尺度分解、集合经验模式分解、互补集合经验模态分解法等也都陆续问世，这些先进的理论研究都为齿轮传动系统的故障诊断技术提供了更加完善且更加符合当前科学技术发展的理论研究方法，相信在对这些方法进行实践之后，可以更加有效地解决齿轮传动系统故障诊断存在的难点问题，使之更好地应用于工程当中，满足未来发展的需要。

结束语

综上所述，本文简要介绍了齿轮传动系统故障诊断技术的有关研究，从研究的意义和重要性入手，简要介绍了当前几种较为常见的齿轮传动系统故障诊断方法，并且分析了其各自的优缺点，以及具体在那些工程领域当中能够发挥最好的作用。在对其分析过之后，本文探讨了目前故障特征的一些提取方法，即经典谱分析方法和时频分析方法。相信在未来的工作当中能够有更多适宜目前发展需要的理论研究得以实践。

参考文献：

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[4]张程鹏. 风电齿轮和滚动轴承故障诊断技术研究[D]. 北京化工大学, 2014.