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齿轮故障振动信号非高斯性特征趋势分析

周雁冰;柳亦兵;王峰;姜锐

【摘要】以齿轮箱实测振动信号为对象，对齿轮点蚀故障发展过程深入研究。通

过Gabor滤波仅保留振动信号的边带成分与随机成分；据双谱分析结果研究信号

非线性、非高斯性变化，并提取非高斯性强度特征值；在故障趋势分析中利用

“3σ准则”设定故障阈值。结果表明，非高斯性强度特征值对齿轮点蚀故障较敏

感，可揭示故障发展变化趋势，有利于齿轮故障报警及寿命预测，对齿轮传动系统

状态监测与故障诊断具有实际意义。%Gearpittingfaultcauseschangein

non-Gaussiancomponentsofvibrationsignals.Thischangecanbe

quantitativelydescribedbyhigherorderspectralanalysis.Withmeasured

vibrationsignalsofagearbox,thedevelopmentprocessofgearpitting

faultwasinvestigatedindepth.ByGaborfiltering,thesideband

componentsandtherandomcomponentsofvibrationsignalswere

retained.Accordingtothebispectralanalysisresults,thechangeof

nonlinearnon-Gaussiancharacteristicsofvibrationsignalswasstudiedand

thenon-Gaussianintensitycharacteristicvalueswerethenextracted.The

faulttrendanalysiswascarriedoutandthefaultthresholdvaluewassetin

accordancewiththe’3σcriterion’.Theresultsshowthatthenon-

Gaussianintensitycharacteristicvalueissensitivetogearpittingfault,and

itcanrevealthetrendoffaultdevelopment.It’sconducivetothefailure

alarmandlifepredictionofgears,andhaspracticalsignificanceto

conditionmonitoringandfaultdiagnosisofgeartransmissionsystem.

【期刊名称】《振动与冲击》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】5页(P165-169)

【关键词】点蚀故障;Gabor滤波;非高斯性强度;趋势分析;3σ准则

【作者】周雁冰;柳亦兵;王峰;姜锐

【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206;河北工程大

学机电工程学院，河北邯郸056038;华北电力大学能源动力与机械工程学院，北

京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206;华电新能源发

展有限公司，北京100031;华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京

102206

【正文语种】中文

【中图分类】TH17

齿轮是风电机组、轧钢机、矿山机械等大型工业设备传动机构的重要部件，长期运

行在变速变载、高速重载环境下易发生故障，不仅影响机械设备健康稳定运行，亦

会影响企业安全生产与经济效益。为提高齿轮传动系统的可靠性、安全性，加强对

齿轮状态监测与故障诊断十分必要。

齿面点蚀为齿轮故障主要类型之一。齿轮传动过程中，齿面受接触应力的周期性循

环变化作用，逐渐在轮齿表面或次表面形成细微疲劳裂纹，若润滑油进入裂纹则形

成高压油腔，加剧齿面微裂纹扩展，直至小块金属由表面脱落形成点蚀。齿面点蚀

通常在故障初期较微弱、不易察觉；若继续发展，则可能出现齿面剥落、断齿等严

重故障。因此及早发现齿面点蚀方能为齿轮寿命预测与故障报警提供有效可靠依据。

齿轮传动系统振动信号成分较复杂，既含确定性成分，如齿轮轴转频、齿轮副啮合

频率及其谐波等；亦含轮齿表面微观粗