齿轮传动系统的故障诊断与分析

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1、齿轮传动系统的故障诊断与分析张某某(某某大学机电工程学院，湖南t沙，410083)摘要：齿轮是机械设备中常用的部件，齿轮传动也是机械传动中最常见的方式Z-o在许多情况下，齿轮故障又是导致设备失效的主要原因。因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要的意义。木文简要介绍了齿轮故障的发展历史，齿轮故障诊断形式与方法，齿轮故障特征提取以及齿轮传动系统的分析模型和求解方法。关键词：齿轮传动；故障诊断；分析AnalysisandfaultdiagnosisofgeartransmissionsystemZhangmoumou(Collegeofmechanicalengine

2、eringofmoumouUniversity；ChangshaHunan；410083)Abstract：Gearisthecommonpartsofthemechanicalequipment,oneofthemostcommonwayofgeartransmissionismechanicaltransmission.Inmanycases,thegearfaultisthemaincauseofequipmentfailure.Soitisveryimportanttodiagnosethefaultsofgea匚Thispaperbrieflyin

3、troducesthedevelopmenthistoryofgearfault,faultdiagnosisofgearformandmethod,analysismodelandthesolvingmethodofgearfaultfeatureextractionandthegeartransmissionsystem.Keywords：geartransmission；faultdiagnosis；analysis0引言对齿轮传动系统进行诊断是li故障诊断技术问世以来一直受到人们普遍重视的课题Z—，在各类机械设备中，齿轮传动是最主要的传动方式,齿轮传

4、动系统的运行状态往往直接影响到机械设备是否•正常工作。而齿轮传动系统的零部件如齿轮、轴和轴承的加工工艺复朵，装配精度要求高，又常常在高速度、重载荷下连续工作，因此故障率较高,是造成机械设备不能正常运转的常见原因z—。传统采用的定期维修方式由于其无法科学地预见故障，不能从根本上防止故障的发生，而且维修周期太短会增加维修费用和维修时间，造成浪费，也影响了正常使用。因而需对齿轮传动系统进行状态监测及故障诊断，以分析确定齿轮传动系统的工作状态和性能劣化趋势，视具体情况决定是否需要维修。这样既可以有效地预防故障的发生，又可以减少不必要的维修，节约开支。在运行过程屮，齿

5、轮传动系统内部的零部件会受到机械应力、热应力等多种物理作用，随着时间的推移,这种物理作用的累积，将使齿轮传动系统止常运行的技术状态不断发生变化，可能产生异常、故障或劣化状态。这些作用和变化，又必然会产生内部激励的变化，从而导致相应的振动、声音等二次效应。由于在装配后和运行中无法对齿轮传动系统的关键零部件直接测试，所以根据二次效应得到的齿轮系统状态向量就成为故障信息的重要载体。H前普遍采用的基于振动响应的诊断方法是利用箱体的振动信号作为判断齿轮系统运行状态的信息來源。由于振动响应信号是由齿轮系统的内部激励和箱体的传递特性确定的，而这种诊断方法没有考虑系统的传递

6、特性，所以在故障机理分析、特征提取等方面都存在较难解决的问题。因此，有人提出基于激励分析的故障诊断方法，利用载荷识别技术获得系统的激励信号。由于激励信号中含有多种故障特征，需要将其与系统辨识结果以及响应信号屮的故障特征综合起来，采用信息融合技术，综合运用激励分析和响应分析结果,运用小波分析、模糊诊断及人工智能技术，进行关联和归一化处理，以解决复杂机械系统的在线快速诊断的精度和可靠性问题。1齿轮故障诊断的发展历史齿轮故障诊断始于七十年代初，早期的齿轮故障诊断仅限于在旋转式机械上测量一些简单的振动参数，用一些简单的方法进行诊断。这些简单的参数和诊断方法对齿轮故障

7、诊断反应灵皱度较低，根木无法准确判断发生故障的部位。七十年代末到八I•年代小期，旋转式机械屮齿轮故障诊断的频域法发展很快，出现了一些较好的频域分析方法，对齿轮磨损和齿根断裂等故障诊断较为成功。进入九I•年代以后，神经网络、模糊推理和网络技术的发展和融合使得齿轮系统故障诊断进入了蓬勃发展的时期。我国学者在齿轮故障诊断研究方而也做了大量工作。1986年屈梁生、何正嘉在《机械故障诊断学》中分析了齿轮故障的时频域特点。1988年颜玉玲、赵淳生对滚动轴承的振动监测及故障诊断进行了分析。1997年郑州工业大学韩捷等在“齿轮故障的振动频谱机理研究”中对齿轮的故障机理做了探

8、讨。西安交通大学张西宁等在“齿轮状态监测和识别方法的