多级齿轮传动裂纹故障频率分析与特征提取

摘要

为分析含裂纹的多级齿轮传动系统故障特征,判析其故障成分,首先,通过有限元法建立了裂纹故障下的直齿圆柱齿轮三维接触模型,计算了齿轮啮合时变刚度;其次,综合考虑了轴承支撑刚度以及传动轴柔性,建立了含齿轮裂纹的二级齿轮传动系统有限元动力学模型,依此求解了不同裂纹位置的振动响应;最后,针对试验信号信噪比不理想、能量分布不均匀等问题采用变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)结合快速峭度图(fast spectral kurtosis,简称FSK)对故障成分进行提取,分析了裂纹位置与故障频率的相关性。结果表明:由于裂纹的存在,系统振动响应在时域历程中出现周期性冲击,且频域中表现为在该级齿轮副啮合频率及其倍频附近出现边频调制,其边频谱线间隔为故障齿所在轴的转频;VMD-FSK法在噪声环境下可有效提取其故障特征且鲁棒性较好。分析结果可为齿轮故障判别及定位提供理论依据。