MATLAB高速列车齿轮箱振动分析研究(3)
其次，高速列车齿轮箱振动信号具有非线性,非稳态的特点。齿轮箱振动信号会出现显著的调制现象,通过使用MATLAB软件对齿轮箱振动进行算法分析编程并采用快速傅里叶变换可以对齿轮箱振动进行一定的分析。在本论文中，对齿轮箱中的齿轮故障采用频谱分析与倒频谱分析；对轴故障采用频谱分析；对轴承故障采用频谱分析与包络谱分析。观察出相应的故障做出相应的齿轮箱故障分析。
2 齿轮箱故障诊断基本理论
2.1 齿轮箱故障的主要形式
齿轮箱系统是一个是包括齿轮、传动轴、轴承和箱体构造等在一起的复杂庞大的体系[12]。由于箱体是整个系统内部构建的，它具有支撑和密封的功能，其发生故障的概率是非常低的。因此在齿轮箱中，故障发生最多的概率最多集中在齿轮、传动轴和轴承上[13]。据统计，齿轮的故障、轴故障和滚定轴承故障的齿轮箱故障率占到90%[14]。
2.2 齿轮箱典型故障形式
在齿轮箱的故障诊断过程中，一般只需要给出是不是发生故障和故障可能发生的部位就可以[15]。根据故障振动信号的特征，常见的典型的故障形式主要有：
（1） 齿形误差
齿形误差是理想的齿形齿廓偏差，包括制造误差，安装误差和服役误差。这里最首要指得的是齿轮投入使用后形成的齿形误差，比如说包括齿面塑性变形、齿面外表不均匀磨损和齿面外表疲劳等。
（2） 齿轮均匀磨损
齿轮均匀磨损主要是指磨擦发生后损伤材料在啮合过程中接合。主要指的是材料的磨损和腐蚀。
（3） 轴不对中
轴不对中主要是指连接在轴两端由于设计施工过程中的问题导致安装或使用过程中使轴系不平行导致齿轮齿形误差发生分布类型。
（4） 断齿
断齿作为齿轮的一种严重故障，主要有两种表现形式：疲劳断齿和过载断齿。其中疲劳断齿占大多数。
（5） 箱体共振
箱体共振由于由齿轮箱箱体的固有频率所引起的共振，这是由冲击能量激励引起的。箱体共振是一种十分严重紧急的故障，大部分是由箱体的外部激励诱发的。
（6） 轴轻度弯曲
齿轮箱中的轴发生故障的概率也很大。当轴发生轻度卷曲时，也会致使轴上的齿轮发生齿形误差。与简单齿轮的齿形故障有区别的是，轴弯曲时该轴上的全部齿轮全部都会产生较大的齿形误差。
（7） 轴严重弯曲
轴发生严重弯曲时是齿轮箱故障中的一种比较严重的形式。当轴发生严重弯曲时，会产生十分大的冲击能量。
（8） 轴不平衡
轴不平衡是齿轮箱的典型故障，所谓的平衡是由于不平衡振动引起的偏心轴。偏心可以由于制造变形后引起的、安装和投入使用也会产生故障。
（9） 轴向窜动
轴向窜动发生在斜齿轮的使用情况下最多。这主要是因为其轴向受力的不平衡形成的。齿轮的轴向窜动将严重影响齿轮传动的稳定性，并可能导致齿轮齿端的冲击磨损，这是一种严重的故障。
（10） 轴承疲劳剥落和点蚀
齿轮箱中滚动轴承的典型故障为内环、外环和滚动体的疲劳剥落和点蚀。当轴转动时，在接触过程中会产生机械冲击，即冲击脉冲的振幅。因为在齿轮箱滚动轴承的失效形式中，能量会比齿轮振动产生的能量少的多，这也是一个诊断的困境。
2.3 齿轮振动机理
齿轮及齿轮箱的震动体系是一个十分繁杂的非线性系统。一双齿轮啮合运行，参加工作的齿数由一对变为两对，又由两对变为一对，造成单双齿啮合交替变更，会对齿轮产生一个周期性的冲击，从而形成齿轮的啮合振动[16]