基于扭振調(diào)制信號(hào)雙譜復(fù)合譜特征的行星齒輪箱故障診斷

摘要：【目的】相比直線振動(dòng)信號(hào)，行星輪扭振信號(hào)不受行星輪通過(guò)效應(yīng)和信號(hào)傳遞路徑的影響，頻譜結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。因此，基于扭振信號(hào)開展行星齒輪箱故障診斷有望得到更好的診斷結(jié)果。提出一種基于扭振信號(hào)調(diào)制信號(hào)雙譜（Modulation Signal Bispectrum， MSB）分析的行星齒輪箱故障診斷新方法?！痉椒ā渴紫?，對(duì)編碼器信號(hào)使用希爾伯特（Hilbert）變換方法求解瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)；然后，對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行MSB分析，尋找最優(yōu)載波頻帶；最后，對(duì)選取的最優(yōu)載波頻帶構(gòu)建MSB最優(yōu)載波頻帶復(fù)合譜，并作為行星齒輪箱的故障診斷特征。【結(jié)果】試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出方法可以更直觀地反映行星輪的故障狀態(tài)以及故障信息，驗(yàn)證了該方法在行星輪故障診斷方面的有效性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：扭振信號(hào)；調(diào)制信號(hào)雙譜；行星齒輪箱；故障診斷

中圖分類號(hào)：TH132. 425 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 017

0 引言

行星齒輪箱具有傳動(dòng)效率高、工作壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，其工作狀態(tài)正常與否影響著整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作效率。如何及時(shí)地發(fā)現(xiàn)行星齒輪箱的故障特征、避免造成重大事故，一直是國(guó)內(nèi)外故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。行星齒輪箱的故障診斷可為設(shè)備的精細(xì)化和智能運(yùn)維提供關(guān)鍵的技術(shù)支持，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。盡早發(fā)現(xiàn)行星齒輪箱的故障征兆并進(jìn)行快速有效的診斷，避免故障進(jìn)一步惡化引發(fā)二次故障，對(duì)于降低維修成本和難度、提高設(shè)備安全可靠性具有十分重要的意義[1]。

當(dāng)前，行星齒輪箱故障診斷中通常采用的直線振動(dòng)信號(hào)分析方法存在一些局限性。例如，行星齒輪箱的直線振動(dòng)信號(hào)具有噪聲強(qiáng)烈、頻率分量多、幅頻調(diào)制復(fù)雜等特點(diǎn)，使其故障診斷極為困難[2]。如何從行星齒輪箱復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)中分離出故障特征，是開展行星齒輪箱故障診斷的關(guān)鍵。

GU 等[3]提出了調(diào)制信號(hào)雙譜（Modulation SignalBispectrum， MSB）分析方法；MSB是一種基于常規(guī)雙譜的解調(diào)方法，可以從復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)中提取故障特征，而且具有良好的噪聲抑制和解調(diào)功能，特別適用于行星齒輪箱的故障診斷；應(yīng)用MSB監(jiān)控齒輪磨損惡化的程度，結(jié)果證明了MSB分析方法在電流信號(hào)分析故障檢測(cè)中的可行性。GUO等[4]提出了一種基于小波包能量和MSB的混合分析方法來(lái)診斷行星齒輪箱的故障；利用小波包分解（Wavelet Packet De?composition， WPD）將振動(dòng)信號(hào)分解重構(gòu)，得到重構(gòu)信號(hào)；對(duì)重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行MSB分析，得到故障特征頻率，用于行星齒輪箱的故障診斷。GUO等[5]還提出了一種基于增強(qiáng)平均（Enhanced average， EAVG）濾波器和MSB的行星變速箱故障檢測(cè)新方法；利用EAVG濾波器增強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)的脈沖分量，對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行MSB 分析，提取故障特征；試驗(yàn)分析驗(yàn)證了EAVG-MSB檢測(cè)新方法在行星齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中的可行性。HAN等[6]提出了一種用于揭示齒輪信號(hào)調(diào)制機(jī)制和監(jiān)測(cè)齒輪健康狀況的調(diào)制信號(hào)雙譜方法，引入一種改進(jìn)的相關(guān)向量機(jī)，并與MSB相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)剩余使用壽命的預(yù)測(cè)。溫新宇等[7]提出了小波包能量和MSB邊帶估計(jì)相結(jié)合的齒輪磨損特征提取方法，選取小波包能量較高的頻段對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行MSB邊帶估計(jì)，以提取齒面的磨損特征。