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Internal Combustion Engine&Parts0引言汽车变速器是汽车传动系统中的变速装置，其作用是协调发动机转速和车轮的实际行驶速度，发挥发动机的最佳性能。
在机械传动系统中，齿轮的应用极为广泛，是汽车变速器的关键装置，在传递动力和速度的过程中起着至关重要的作用。
1汽车变速器齿轮故障分析汽车变速器的作用主要有改变传动比、实现倒车、中断动力三种。
①改变传动比主要是通过扩大驱动轮转矩和转速的变化范围实现的，通过协调汽车在不同行驶条件下牵引力和行驶速度的变化，实现汽车驾驶的动力性和经济性。
②倒车是通过倒挡改变驱动轮的旋转方向实现的。
③利用空挡切断离合器与传动轴间的动力传递，可以达到切断动力的目的。
齿轮是变速器中的关键零件，具有效率高、寿命长、结构紧凑等特点，但由于制造工艺和材质装备要求高，导致故障因素也较多，齿轮故障占汽车变速器故障的六成左右，主要有齿断裂、齿面疲劳、齿面划痕、齿面磨损等几种。
①齿断裂有两种情况：过负荷断裂、疲劳断裂。
受几何形状和工艺技术等因素的影响，在传递周期性载荷的过程中，应力集中在齿的根部，使根部产生裂纹，裂纹沿横向或斜上方延展，最终导致齿断裂，断裂部位主要集中在根部和顶部（见图1），造成这种现象的原因主要是轴系共振、轴弯曲、不平衡载荷等。
②齿面疲劳，指的是齿表面的金属屑剥落下来形成麻斑，继而发展成点蚀。
节线与齿根区间靠近节线附近多发生点蚀（见图2）。
其成因主要是交变应力。
③齿面上的沙粒、灰尘、金属屑等污物，润滑不良，齿面粗糙等均是引起齿面磨损的原因，齿面磨损使齿轮失去原有的功能，汽车在运行过程中，频繁换挡是导致齿轮失效的重要原因。
2汽车变速器齿轮故障诊断方法机械设备的故障诊断技术以机器学为基础，综合了人工智能技术、计算机技术、系统科学和信息科学等多学科知识，通过检测设备状态，对设备进行故障诊断，精确的掌握设备运行参数和状态，对设备的可靠度进行预测，对故障产生的部位、原因、后果进行识别和预判。
齿轮传动系统的故障诊断方法研究容提要:在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。
而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和故障必然引起机械振动状态（或信号）发生变化。
因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态（故障与无故障）信息，监测和分析振动信号自然就可以诊断齿轮和齿轮传动系统的故障。
关键词:齿轮故障;故障诊断;振动;裂纹目录引言1第一章影响齿轮产生振动的因素21.1 振动的产生21.2 振动的故障3第二章齿轮裂纹故障诊断52.1 裂纹产生的原因52.2齿轮裂纹分类、特征、原因及预防措施52.2.1淬火裂纹52.2.2磨削裂纹62.2.3疲劳裂纹62.2.4轮缘和幅板裂纹7第三章齿轮故障诊断方法与技术展望93.1 齿轮故障诊断的方法93.1.1 时域法93.1.2 频域法103.1.3 倒频谱分析103.1.4 包络分析103.1.5 小波分析方法113.2 齿轮故障诊断技术的展望12结论13致14参考文献15引言随着科学技术的不断进步，机械设备向着高性能、高效率、高自动化和高可靠性的方向发展。
齿轮由于具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，是改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是机械设备的一个重要组成部分，也是易于故障发生的一个部件，其运行状态对整机的工作性能有很大的影响。
在机械设备运转过程中，齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。
而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和故障必然引起机械振动状态（或信号）发生变化。
因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态（故障与无故障）信息，监测和分析振动信号自然就可以诊断齿轮和齿轮传动系统的故障。
第一章影响齿轮产生振动的因素1.1 振动的产生在齿轮的传动啮合过程中，影响齿轮产生振动的原因很多，有大周期的误差也有小周期的误差。
齿轮传动系统故障处理实例1. 故障描述在一个工业设备中，齿轮传动系统出现了故障。
操作人员报告说，在正常运行中突然听到一声巨响，设备停止运转。
经过检查发现，主要故障部件是齿轮传动系统中的一对齿轮。
2. 故障分析2.1. 负荷过大导致齿轮损坏首先要检查传动系统的负荷是否过大。
如果负荷超过了齿轮的承载能力，齿轮就会因过大的压力而损坏。
可以通过检查传动系统的设计参数以及实际的工作负荷来判断是否存在负荷过大的问题。
2.2. 齿轮润滑不良导致齿轮磨损齿轮传动系统的润滑状态也是一个重要的因素。
如果润滑不良，摩擦会导致齿轮表面磨损，进而导致齿轮失效。
可以检查润滑系统的工作状态，包括润滑油的质量和量是否符合要求，润滑油是否有污染物等。
2.3. 齿轮配合间隙不合理导致齿轮噪音和损坏齿轮之间的配合间隙也会影响传动系统的工作。
如果配合间隙过大或过小，会产生噪音和振动，同时也容易导致齿轮的损坏。
可以通过检查齿轮的配合间隙是否符合设计要求来判断是否存在此类问题。
3. 故障处理3.1. 更换齿轮在齿轮损坏的情况下，最常见的处理方法是更换齿轮。
可以根据齿轮的类型、尺寸等参数来选择和更换合适的齿轮。
3.2. 检查和调整负荷为了避免类似的故障再次发生，还需要检查和调整传动系统的负荷。
可以根据设备的工作条件和要求来重新评估和调整工作负荷，确保不会超过齿轮的承载能力。
3.3. 检查和维护润滑系统润滑系统的工作状态直接影响齿轮的寿命和运行效果。
需要检查和维护润滑系统，包括更换润滑油、清理润滑油污染物、检查润滑油管道是否存在堵塞等。
3.4. 调整齿轮配合间隙如果发现齿轮之间的配合间隙不合理，可以进行相应的调整。
根据实际情况，可以调整齿轮的啮合方式、齿轮的安装位置等，以达到合适的配合间隙。
4. 预防措施为了预防类似故障的再次发生，可以采取以下措施：定期检查和维护传动系统，包括齿轮的磨损情况、润滑系统的工作状态等。
认真记录和分析齿轮传动系统的工作参数，及时发现和解决问题。
目录摘要 (1)关键词 (1)引言 (1)一、齿轮故障诊断原理 (1)二、现场监测与故障诊断 (1)(一)冷轧厂开卷设备及重要材料参数 (1)(二)测试参数及测点布置 (2)(三)故障分析 (2)(四)诊断结论 (3)三、啮合频率及其谐波 (4)四、幅值调制和频率调制所构成旳边频带 (4)(一)幅值调制 (4)(二)频率调制 (5)五、由齿轮转频旳低次谐波构成旳附加脉冲 (5)六、由齿轮加工误差形成旳隐含成分 (5)(一)某采油平台原油外输泵（螺杆泵）传动齿轮局部断齿 (5)(二)某浮式储油轮热介质提高泵齿轮啮合不良 (6)结语 (6)道谢 (7)参照文献 (7)浅析齿轮故障诊断及技术分析摘要: 齿轮故障一般具有相似旳现象, 即振动和噪申明显增长, 但产生齿轮故障旳原因却很难从表象作出判断。
本文从振动分析旳角度论述齿轮振动旳时域与频域特性, 并结合实测案例进行分析。
关键词: 齿轮故障；振动特性；时域；频域；案例分析引言：简述了齿轮故障诊断旳原理, 并通过冷轧厂开卷机齿轮故障旳诊断实例, 论述了齿轮故障诊断旳措施, 并深入阐明了齿轮故障诊断技术在现场中旳应用。
齿轮旳运行状况直接影响整个机器或机组旳作, 因此, 齿轮是现场监测和诊断旳重要对象。
对齿轮故障诊断旳经典措施是振动频谱分析, 它以老式旳振动理论为根据, 运用诊断仪器对其振动旳数据和波形进行采集, 然后进行分析诊断, 找出其故障旳原因和所在旳部位。
本文从齿轮故障诊断旳原理手, 通过对冷轧厂开卷机大齿轮箱旳异常振动进行振动分析及故障诊断来简介齿轮故障诊断技术在场旳应用。
一、齿轮故障诊断原理一对齿轮副可以看作是一种振动系统, 按照傅里叶变换旳原理, 可将齿轮旳振动信号分解为若干个谐波分量之和。
当齿轮发生故障后, 齿轮旳啮合刚度减少, 从而产生强烈旳振动, 测得旳振动信号畸变加剧, 在频谱图上, 啮合频率处旳谱值会明显增大, 而故障齿轮旳振动信号往往体现为回转频率对啮合频及其倍频旳调制, 调制频率即齿轮轴旳回转频率。
齿轮故障诊断知识专题总结
一、齿轮故障类型
注：统计资料表明，上述四类故障占齿轮故障的92%左右，为经典多发故障。
二、常用的齿轮故障分析方法
对齿轮故障进行分析的常用方法：
1、细化谱分析法：增加频谱中某些有限频段上的分辨能力；
2、倒频谱分析法：是功率谱对数的逆功率谱，是对频谱图上周期性频率结构成分的能量做了又一次集中，在功率的对数转化时给低幅值分量有较高的加权，而对高幅值分量以较低的加权，从而突出了小信号周期。
3、时域同步平均分析法：保留和齿轮故障有关的周期信号，去除其他非周期成分和噪声的干扰，提高信噪比。
这三种方法在诊断齿轮故障时非常有效，在我们设计在线状态监测系统时，要在齿轮箱故障分析模块中一定要加入这三个分析方法。
三、齿轮故障对照表
综上所示，对齿轮箱进行故障分析时，在时域和频域上要着重观察以下内容：
1、各齿轮副的啮合频率及其谐波；
2、各齿轮副的啮合频率及其谐波的边频带；
3、各齿轮副主动轮与从动轮之间的转频差；
4、周期为两齿轮齿数的最小公倍数除以其中任一齿轮每秒钟转过的齿数的脉
冲信号；
5、时域信号上幅值上下两端包络线的对称性。
球磨机轴承与齿轮传动器常见故障诊断方法分析玉溪大红山铜矿机电一体化大专班潘翔2010年9月[球磨机在使用过程中难免会出现这样那样的故障，从而影响磨机工作效率，本论文对球磨机的轴承和小齿轮常见故障及解决方法进行全面的分析总结]摘要现代化生产日益向着大规模化、系统化、自动化方向发展，机械故障诊断越来越受到重视。
如果主要设备出现故障而又未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，而且影响正常生产，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。
在连续生产系统中，如果主要设备因故障而不能继续运行，往往会涉及全厂生产系统设备的运行，而造成巨大的经济损失。
本文在介绍了球磨机主要的故障机理、特征及其诊断方法，并对各种监测诊断方法进行探讨分析。
基于具体工业实际，本文重点针对球磨机常见轴承故障、齿轮传动系统故障、磨机“胀肚”自诊断与过程控制的监测诊断方法做了深入的探讨、研究；提出运行状态监测、故障诊断与生产过程控制相结合的系统设计思想。
此外，根据球磨机主要的监测内容和特点，对球磨机实时工况与状态识别、在线分析与故障诊断进行系统设计，并完成监测诊断及生产过程控制系统的构成，确定监测诊断系统的工艺设计框架。
关键词：球磨机；运行状态监测；故障诊断；分析第1章绪论1.1对球磨机进行故障诊断的必要性近年来，随着机械工业中的机械设备朝着轻型化、大型化、重载化和高度自动化等方向发展。
出现了大量的强度、结构、振动、噪声、可靠性，以及材料与工艺等问题，设备损坏事件时有发生。
大型旋转设备状态监测与故障诊断技术研究是国家重点攻关项目，目的是提高大型旋转设备的技术状况，减少突发性事故，避免重大经济损失。
”1.2 球磨机故障概述球磨机是选矿工艺中一个应用非常广泛且十分重要的粉磨设备。
日益向大型化、自动化及复杂化方向发展。
这样的关键设备一旦发生故障后，往往给生产带来巨大的影响，常常因为对故障的出现估计不足，致使企业蒙受较大的经济损失。
每年，企业为了保持球磨机系统处于正常运转状态的维修费用，在企业的经营费用中占有很大的比例。
机械故障诊断中齿轮故障的探讨随着时代的不断发展，机械已日益成为生产过程中不可或缺的一部分。
而机械的高性能化、高自动化、高效率化是现代机械的一个重要发展方向。
齿轮作为传动机械设备中至关重要的部件，它不仅关乎机械的正常运转，且对整个生产过程的进度与经济效益等产生巨大影响。
而齿轮发生故障又是常出现的事件，因此，特别需要加强对齿轮故障原因和解决方法的研究。
本文将针对此进行粗略探讨。
<b> 现代化的不断发展使机械设备日益大型化、复杂化方向发展，其设备的构造与操作原理也愈加复杂。
齿轮是机械设备中用来传递动力的重要部件，而齿轮故障又时常发生，这无疑会对机械的整体运作产生不利影响。
所以，有必要对齿轮故障进行分析，并能理论联系实际，通过实际案例来寻求解决方法，从而做到故障出现时能及时解决并予以防范。
机械设备齿轮常见故障分析齿轮在机械设备中有个重要作用，这就是它能传递运动，而且能控制运动方向，影响运动速度。
而为更好地调控齿轮运转速度，就需要齿轮减速机装置的安装。
我们知道，与齿轮减速机有关的几个主要频率为轴频、齿轮的啮合频率、轴承的内外圈、滚动体、保持架的频率，它们与“谐频”、“边频”相结合，成为对齿轮减速机故障判定的依据。
同时，与齿轮减速机有密切关系的是齿轮振动，且通过齿轮振动是判断齿轮故障的一个重要方式。
因此，作者将重点讨论齿轮减速和齿轮振动的相关故障。
2.1齿轮振动发生故障的一个重要原因是齿轮在生产与安装中存在失误。
生产齿轮是齿轮得以发挥自身作用的首要条件，而生产制作中的微小误差就能导致齿轮的啮合精度降低，从而带来齿轮的振动和噪声增大，这些问题的出现无疑会提高齿轮的故障率[2]。
因而，我们的相关机械用户应高度重视齿轮的生产来源和安装。
2.2齿轮振动故障的另一个原因与齿轮工作环境的适应性有关。
因不同的工作环境在空气湿度、空气质量、温度等方面都存在差异。
而齿轮作为现代化机械，其对工作环境有一定要求。
因齿轮在啮合过程中，齿与齿连续冲击使齿轮产生受迫振动，如果此时其工作环境存在高湿度或其他不利影响，就会对齿轮的正常振动带来不利影响。
齿轮故障诊断的几种具体方法，经验总结齿轮在运行中如果发生故障就会影响到真个设备的运行状态,要如何来发现和诊断齿轮故障呢?有四种方法——时域平均法、边频带分析、倒频谱分析、Hilbert解调法，下面我们就来了解一下。
这是齿轮时域故障诊断的一种有效的分析方法。
该方法能从混有干扰噪声的信号中提取出周期性的信号。
因为随机信号的不相关性，经多次叠加平均后便趋于零，而其中确定的周期分量仍被保留下来。
时域平均法要拾取两个信号：一个是齿轮箱的加速度信号，另一个是转轴回转一个周期的时标信号。
时标信号就经过扩展或压缩运算，使原来的周期T转换为T’，相当于被检齿轮转过一整转的周期。
这时加速度测过来的信号以周期T’截断叠加，然后进行平均。
这种平均过程实质上是在所摄取的原始信号中消除其他噪声的干扰，提取有效信号的过程。
最后，再经过光滑滤波，得到被检齿轮的有效信号。
边频带成分包含有丰富的齿轮故障信息，要提取边频带信息，在频谱分析时必须有足够高的频率分辨率。
当边频带谱线的间隔小于频率分辨率时，或谱线间隔不均匀，都会阻碍边频带分析，必要时应对感兴趣的频段进行频率细化分析（ZOOM分析），以准确测定边频带间隔。
由于边频带具有不稳定性，在实际工作环境中，尤其是几种故障并存时，边频带错综复杂，其变化规律难以用具体情况描述，但边频带的总体水平是随着故障的出现而上升的。
对于有数对齿轮啮合的齿轮箱振动的频谱图中，由于每对齿轮啮合时都将产生边频带，几个边频带交叉分布在一起，仅进行频率细化分析识别边频特征是不够的，如偏心齿轮，除了影响载荷的稳定性而导致调频振动以外，实际上还会造成不同程度的转矩的波动，同时产生调频现象，结果出现不对称的边频带，这时要对它进行分析研究，最好的方法是使用倒频谱分析。
倒频谱分析将功率谱中的谐波族变换为到频谱图中的单根谱线，其位置代表功率谱中相应谐波族（边频带）的频率间隔，可以检测出功率谱图中难以辨别的周期性，从而便于分析故障。
齿轮的故障诊断齿轮的故障诊断一、齿轮的常见故障齿轮是最常用的机械传动零件，齿轮故障也是转动设备常见的故障。
据有关资料统计，齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。
齿轮故障可划分为两大类，一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等，另一类是齿轮本身（即轮齿）在传动过程中形成的故障。
在齿轮箱的各零件中，齿轮本身的故障比例最大，据统计其故障率达60%以上。
齿轮本身的常见故障形式有以下几种。
1. 断齿断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。
断齿有三种情况：①疲劳断齿由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。
裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。
②过载断齿对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。
③局部断齿当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。
偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿。
局部断齿总是发生在轮齿的端部。
2. 点蚀点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。
在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。
裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。
如此循环变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即点蚀。
点蚀有两种情况：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀）通常只发生在软齿面（HB＜350）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。
原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。
②扩展性点蚀发生在硬齿面（HB＞350）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。
齿轮故障分析及诊断方法的比较
[摘要]这里对齿轮故障机理进行了分析，揭示了齿轮振动信号的故障特征。
对时域分析法、频域分析法、频谱包络分析法、时延相关解调法、小波滤波分析法等故障诊断方法进行了分析比较。
[关键词] 故障诊断时域分析频域分析小波分析
一、齿轮故障机理及其振动主要特征
齿轮箱是各类机械的变速传递部件。
造成齿轮箱故障的原因，主要是由于设计不当，制造不良和维护操作不善引起的。
常见的齿轮失效形式有四种:即断裂、磨料磨损、粘附磨损或擦伤、以及疲劳剥落。
1．断裂和磨料磨损失效。
齿轮承受载荷，如同悬臂梁，其根部的弯曲应力最大。
由于过载，特别是冲击载荷，会引起整个齿与其相应部分断裂。
当周期性的应力过高时，也会引起疲劳断裂。
当轮齿工作面间有金属微粒、金属氧化物或其他磨料存在时，会引起磨料磨损。
2．齿面引起粘附磨损或擦伤失效。
这种擦伤是两个啮合的齿面在相对滑动时油膜破裂。
在摩擦和表面压力的作用下产生高温，使接触区内的金属局部熔焊继之以撕裂的现象。
在齿面的滑动方向上可以看到粗糙的、高低不平的条纹，严重时可以看到表面层熔化的迹象。
一般，润滑油粘度过低、转速过低、运行温度过高、齿面上单位面积载荷过大、相对滑动速度过高、以及接触面积过小，均会使油膜易于破裂而造成齿面擦伤。
3．齿面剥落失效。
当齿面的接触应力超过材料允许的疲劳极限时，在表面层开始产生微细的裂纹，继之由小块剥落扩大造成挣开剥落，当剥落的面积不断增大时，齿面上剩余的有效工作面积无法再继续承担外部载荷，从而使整个齿产生断裂。
4．齿面疲劳裂纹失效。
齿轮在啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动。
因此齿面的疲劳裂纹是由于两种应力综合作用的结果。
在滚动中，齿面接触区内的正压力使表面层深处产生剪应力，当此剪应力最大值超过材料的强度极限时，开始出现裂纹。
另一方面，齿面的相对滑动，又会使表面产生拉应力。
齿轮箱装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。
基于振动信号分析的机械监测诊断技术，是齿轮诊断的主要方法。
与齿轮故障引起的振动有以下两个主要特征:
（1）周期性脉冲波形。
当齿轮存在局部故障，在机器运转过程中将对系统产生周期性冲击，这种冲击重复地激发系统的固有振动。
因此齿轮和轴承振动信号中通常存在具有一定周期的重复冲击衰减波形。
（2）幅值调制和频率调制特征。
由齿轮偏心、崩齿、裂纹等缺陷引起的振动会产生幅值调制和频率调制特征。
二、传统的振动信号处理分析方法及缺陷
由于齿轮和滚动轴承所组成的传动系统结构复杂，传动元件多，尤其当各传动元件间故障联合作用时，振动信号的频率成分多而复杂，此时要充分提取故障信息，准确判断齿轮和滚动轴承的故障性质和故障源，仅仅依赖于一种信号处理方法较难奏效。
传统的齿轮故障诊断方法有频域分析方法和时域分析方法。
传统诊断方法对齿轮和滚动轴承的分布式故障有较好的效果，但对于局部故障，这些诊断方法的应用效果不太理想，尤其是在故障的初期。
大多数情况下，振动信号是在齿轮箱体和轴承座上测取的，受噪声、结构振动及传递通道干扰严重。
时域平均法能够从混有干扰噪声的信号中提取周期性的信号。
这是因为随机干扰的不相关性，经多次叠加平均后趋向于零，而其中的周期分量被保留下来，达到提高信噪比的目的。
时域平均法中需拾取两个信号:一个是齿轮箱和滚动轴承的加速度信号；另一个是转轴回转一周的时标信号T。
这时加速度信号就可以以此周期T进行叠加平均。
这种平均过程实质上是在所拾取的原始信号中消除其它噪声的干扰，提取有效信号的过程。
信号通过时域平均后，信号中的故障特征将更被凸显，便于故障诊断。
当齿轮存在多种故障时，时域平均法无法诊断出故障的种类。
倒频谱分析方法。
倒频谱分析也称为二次频谱分析，是检测复杂频图中周期分量的有效工具。
在齿轮和滚动轴承的故障诊断中，倒频谱法应用比较广泛，该方法有一些较显著的优点，如：①受传输途径的影响小。
当传感器在齿轮箱上两个不同的测点时，由于传输途径不同会形成两个传递函数，其输出谱会不同。
但倒频谱能很大的减小传递函数的影响，使得两个倒频谱上的故障特征量几乎相同。
②倒频谱能将原来谱上的边频带谱线简化为单根谱线，以便分析观察功率谱中较难识别的周期性信号。
③倒频谱能提取功率谱上的周期特征。
然而在发生早期故障的时候，由于背景噪声的干扰异常严重,单独使用倒频谱分析方法往往并不能很好地提取出信号中潜在的周期性成分。
因此在对信号进行时频分析之前,需要对信号进行预处理, 提高信噪比。
三、高信噪比的振动信号处理分析方法
噪声过大时，甚至会完全掩盖特征信息成分，因此在诊断故障前必须对采集的振动信号进行降噪处理。
针对如何降噪解调，目前常用的有时延相关解调方法、Morlet小波滤波分析法。
（一）时延相关解调法
齿轮安装于齿轮箱中，振动信号只能在齿轮箱体上测取。
这样获取的信号必然受传递通道和噪声的影响。
因此在利用振动信号做振动分析时，必须对源信号进行降噪。
传统的时域平均降噪技术，实际是将源信号通过一梳状滤波器，与监测对象周期不同的振动信号强度会被削弱，即有一部分有用的信息将被当作噪声滤掉。
当齿轮发生故障时，振动信号中往往会存在周期信号(不一定和监测周期相同)，这些周期信号的自相关函数，不论自相关参变量如何变化，都不会衰减，而噪声等随机信号的自相关函数随参变量的增大将趋向于零。
因此齿轮振动信号的自相关函数能凸显故障的调制特征。
时延相关解调方法实现的步骤如图。
时延相关解调技术在分析齿轮振动信号时，能大幅度的降低噪声的影响，同时凸显源信号中的周期信号。
对做了自相关并做适当时延后的振动信号进行包络分析大削弱噪声的干扰，使分析结果更清晰。
通过仿真数字信号验证和实测信号验证，时延量在1/16采样周期～1/2采样周期之间选择，对时延相关解调分析结果没有太大影响。
实际上往往在1/16到3/4采样周期之间选择时延量值。
（二）小波变换分析法
由于在时域和频域同时具有良好的局部化性质,使得小波变换比传统的信号处理方法更适合分析信号的瞬态特性。
近年来小波变换在机械设备故障诊断领域受到了普遍的重视。
小波变换是用小波函数系来逼近信号。
小波函数系则是由基本小波函数通过伸缩和平移得到。
设ψ(t)是母小波,则其子小波可以表示成ψa.b (t)=ψ(t-b/a),这里a称为尺度因子,b称为平移因子。
如Morlet小波是一种常用的非正交小波,其定义为:
ψ(t)=exp(-β2t2 /2)cos(πt)
它由余弦函数在左右两边指数衰减而得到, 其图形类似于冲击信号,这一特征使得它能够有效地提取出信号中的冲击信号。
通过Morlet小波降噪处理,可以有效地用于冲击信号的分离以及机械设备故障诊断。
Morlet小波的子小波可以通过尺度以及平移变换得到:
通过变化a 和b,可以得到Morlet小波函数系。
每一个子小波也可以看成是一个滤波器,因此小波变换也可以看成是一系列的带通滤波器。
为了逼近被湮没的冲击信号,必须确定冲击信号的形状以及其所属的频带。
a和b确定了子小波的位置和形状,为了取得最佳参数a 和b,可以采用最小熵方法。
对于冲击信号而言,其概率密度分布函数在时间为零附近取值较大,随着时间的增长其概率密度分布函数值也迅速下降。
冲击性成分在滤波后的信号中越突出越好,因此相对应的熵值应该越小越好。
四、结论
对于齿轮而言，其振动信号为周期性脉冲波形，振动信号呈现幅值调制和频
率调制的调制特征。
当其发生早期故障的时候,测得的振动信号往往具有严重的噪声干扰。
此时,仅仅单独利用传统的时域、频域分析方法往往并不能有效提取出信号中潜在的循环冲击性成分。
时延相关解调法较之传统分析能凸显故障特征信息，可以更有效地诊断早期的齿轮故障。
对原始振动信号先进行小波滤波, 可以有效突出信号中的潜在的冲击性成分，然后利用倒频谱分析,可以准确地得出这些循环冲击的周期。
将小波滤波与倒频谱分析相结合,可以对旋转机械有效地进行早期故障诊断。
参考文献：
[1]王江萍，机械设备故障诊断技术及应用。
西北工业大学出版社，2004
[2]秦树人，齿轮传动系统检测与诊断技术。
重庆大学出版社，1999
[3]文莉,刘正士,葛运建。
小波去噪的几种方法。
合肥工业大学学报,2002,25(2)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
