[发明专利]一种多齿轮系统大型机械齿轮箱故障检测方法

说明书

本发明公开了一种多齿轮系统大型机械齿轮箱故障检测方法，包括以下步骤：步骤一，通过传感器对多齿轮系统大型机械齿轮箱的振动噪声信号进行高采样频率采样，取得原始采样时域信号；步骤二，取得频域信号和采样时域信号；步骤三，取得处理后的最终时域信号；步骤四，对最终时域信号进行傅里叶变换，取得最终频域图像，并对最终频域图像进行分析，找到代表大型机械齿轮箱故障部位的特征调制频率，最终从成百上千个零件中精确找出故障点进行故障零件的维修和更换。本发明能在生产现场快速地对大型故障齿轮箱振动信号进行分析，快速找到故障部位。

技术领域

本发明涉及一种多齿轮系统大型机械齿轮箱故障检测方法，是一种基于大型机械齿轮箱调频调幅振动信号分析的齿轮箱故障检测方法，属于齿轮传动振动噪声测量及故障诊断领域。

背景技术

齿轮箱是生产实践中应用非常广泛的机械设备，小到汽车变速器，大到大型矿山机械、大型工程机械齿轮箱，大型风力发电齿轮箱，齿轮箱结构非常复杂，其齿轮系统可能包含成百上千个齿轮，而齿轮、轴、轴承的磨损损坏是非常常见的，特别是对于大型齿轮系统，要在几百个齿轮、多根轴、多个轴承中找出故障部位，如果靠纯粹机械拆装逐个检查，工作量非常巨大，无论从成本和时间上考虑都不切实际。利用故障齿轮箱振动信号广泛存在的调制现象，即对于齿轮、轴、滚动轴承的分布型或集中型缺陷，如疲劳剥落、断齿、齿形误差、轴不对中、弯曲等故障，当齿轮箱滚动轴承出现故障时，滚动体在滚道内旋转形成有规律的冲击，会激励起轴承外圈固有频率，形成以轴承外圈固有频率为载波频率，以轴承通过频率为调制频率的固有频率调制振动现象；当齿轮或轴出现故障时，在频谱上将出现故障齿轮所在轴或故障轴的旋转频率为调制频率，以复杂多变转速旋转的齿轮啮合频率为载波频率的调制现象(齿轮啮合载波频率要远远高于轴旋转调制频率)。实际往往会出现发生故障的零件部位及损坏程度不同，其调制边频带分布特征亦不同。对这些特征调制信号进行解调分析就可以提取与故障相关的轴的旋转调制频率或故障轴承通过频率，从而找到大型齿轮箱设备中与故障相关的轴，进而通过精准的定位拆检找出故障齿轮、轴或轴承。

近三十年来，调制及解调技术在旋转机械系统的故障诊断中应用十分广泛，有高通绝对值分析的解调方法，有奇偶带通滤波解调的算法，有平方解调算法以解决齿轮调制性故障的诊断问题；有共振解调方法解决滚动轴承的故障诊断问题；有改进型的细化高通绝对值分析方法以提高解调谱的分辨率，大大提高了解调方法的工程应用能力。但是这些传统的解调分析方法还存在很多的不足和缺陷，只能解调简单的调幅信号，而对于调频信号，特别是对于广泛存在复杂度高的大型故障齿轮箱调频调幅现象同时存在的振动信号解调，传统方法基本无能为力。为此，有必要发明一种基于大型机械齿轮箱调频调幅振动信号分析的齿轮箱故障检测方法，来解决复杂故障齿轮箱的故障特征提取问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多齿轮系统大型机械齿轮箱故障检测方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种多齿轮系统大型机械齿轮箱故障检测方法，包括以下步骤：

步骤一，通过传感器对多齿轮系统大型机械齿轮箱的振动噪声信号进行高采样频率采样，取得原始采样时域信号；

步骤二，对原始采样时域信号进行傅里叶变换，取得频域信号，并分析高能量故障特征冲击信号所在频带，并采用带通滤波器截取故障特征冲击信号所在频带，尽可能地滤去背景噪声和无关信号，取得低通或带通滤波过后的时域信号；

步骤三，对带通滤波过后的采样时域信号分别进行一阶和二阶微分处理，分别取得一阶微分采样信号与二阶微分采样信号，并用一阶微分采样信号的平方减去滤波后的采样时域信号与二阶微分采样信号的乘积，取得处理后的最终时域信号；

步骤四，对最终时域信号进行傅里叶变换，取得最终频域图像，并对最终频域图像进行分析，找到代表大型机械齿轮箱故障部位的特征调制频率，最终从成百上千个零件中精确找出故障点进行故障零件的维修和更换。