MATLAB高速列车齿轮箱振动分析研究(2)
3.2.1 频域分析 14
3.2.2 倒频谱分析 14
3.2.3 包络分析法 15
3.3 MATLAB简介及在故障诊断中的应用 15
3.4 本章小结 16
4 高速列车齿轮箱异常振动分析 17
4.1 齿轮故障分析 17
4.2 轴承故障分析 18
4.2.1 频域分析 18
4.2.2 包络分析 20
4.3 轴不对中故障分析 21
4.4 本章小结 22
5 结论与展望 23
5.1 工作总结 23
5.2 展望 23
1 绪论
1.1 课题的研究目的和意义
齿轮箱系统在机械领域中是一种重要的零部件，它主要起着连接和传递动力的作用，由于其突出的力学性能而在各个领域得到广泛应用[1]。伴随着我国高速铁路列车的蓬勃飞速发展，齿轮箱也渐渐在铁路交通运输行业中扮演着越来越重要的角色。身为重要的齿轮箱零部件之一，高速列车传动齿轮箱的功能直接影响到了高速列车的行车安全性以及动力学性能，随着高速列车行使速率的不断提高，其各个部件的工作条件会变得愈来愈恶劣，齿轮箱长期处于高速、超高载荷的条件下前行。然而，高速列车为了控制其总重量(质量轻有利于降低能耗、减少加速制动的时间等)，而且也要降低动力轮对的簧下重量（这是为了提高高速列车动力学性能以及减小轮轨磨损)，所以高速列车齿轮箱采用轻量化设计理念，这也给齿轮箱的安全性带来挑战，其结构也对高速列车传动系统的噪声及振动特性具有很大的影响[2]。
如今，即使是齿轮箱故障诊断技术已经得到普遍广泛的使用，但是，高速列车齿轮箱故障诊断方法依然没有足够的成熟，这也是由于高速列车行使过程条件恶劣影响的，与正常的传动体系或齿轮箱系统不同，其不但遭到传动系统各部件震动激扰的功用，同时还受到来自轮轨振动传送上来的作用力，其振动特征更为繁杂。因此，对于高速列车齿轮箱振动特性的研究显得尤为重要。信号分析方法对于故障诊断来说也非常重要，只有正确的诊断方法才不至于误诊，才能保证诊断的可靠性，更能保证列车运行的安全性[3]。高速列车齿轮箱信号十分复杂，频率成分相当丰富，具有非线性，非平稳性的特点，而且具有很强的干扰成分，处理其振动信号十分困难。传统的傅里叶变换，或者单一的一种信号分析方法是不足以全面诊断出故障特征。这也是研究的重点。
只有做好机理和信号处理方法的研究才能准备无误的诊断高速列车齿轮箱异常振动的原因。由于高速列车齿轮箱异常振动的原因至今还没有一个明确的说法，因此，本文所开展的工作也变得相当有实际工程意义。
1.2 国内外研究现状与水平
1.3 发展趋势
1.4 主要工作内容
虽然齿轮箱故障诊断已得到广泛应用，但高速列车齿轮箱故障诊断技术依然不够成熟，这也是高速列车运行条件恶劣造成的，与一般的传动系统或齿轮箱系统不同，其不单是受到传动体系中各部件的振动激扰，同时还受到来自轮轨振动传送上来的作用力，使其振动特征更为繁杂。与此同时，国内某大型高速列车运行中齿轮箱发现裂纹现象，但至今仍没有一个确切的诊断结果。本文在这样的背景下对高速列车齿轮箱振动进行分析。
首先，分析齿轮箱系统的主要故障形式及齿轮箱振动的理论分析。就高速列车而言，其自身容易产生不平稳振动并可通过转向架传递振动，属于故障多发件。一旦齿轮箱出现故障，将直接威胁到轨道交通车辆的运行安全。另外，齿轮箱作为多轴系系统，安装隐蔽、构造复杂、不便拆卸，工作环境恶劣，在工作过程当中，在工作的同时齿轮和轴承也会同时工作，所以会导致频率成分多且信号复杂，各种干扰激励比较大，加之测试条件的限制，故障诊断难度相当大。因此，对轨道交通齿轮箱的典型故障进行分析研究具有重大意义。