齿轮箱振动测试试验优化方案

1.测试装置

测试对象为某齿轮箱的升/降速过程，测试现场如图18-14所示。测试信号为加速度信号，由B&K 4370加速度传感器将振动信号转换为电荷信号，再用B&K 2635电荷放大器滤波、放大后转换为电压信号供A/D使用。

传感器参数同上。B&K 2635电荷放大器使用时参数设定为：加速度信号、100倍放大、2Hz～3kHz带通滤波。A/D采样频率固定为：50000Hz。

图18-14 齿轮箱升/降速振动测试现场

2.齿轮箱升速试验

（1）频谱分析 这里对整个观察时间范围内的数据进行频谱分析，目的是看分析范围内的频率概况。至于某一时刻附近的频谱，可以观察时频谱在该时刻的剖面。图18-15是该齿轮箱升速振动信号的时域波形和频谱。

图18-15 齿轮箱升速振动信号的时域波形和频谱

（2）时频分析 图18-16是该齿轮箱升速振动信号的STFT时频谱，从该时频谱图上可以清楚地看到某一瞬时所对应的频率成分及其分布情况。

图18-16 齿轮箱升速振动信号的STFT时频谱

（3）转速估计 图18-17是该齿轮箱升速振动信号基于瞬时频率估计和转速计算方法得到的升速曲线。

图18-17 基于瞬时频率估计的升速曲线

（4）阶比谱分析 图18-18是该齿轮箱升速振动信号的角域波形和阶比谱。

（5）转频谱阵 图18-19是该齿轮箱升速振动信号的转速频率谱。从转频谱图上可以清楚地看到某一转速所对应的频率成分及其分布情况。图中的斜线表示等阶比线，其阶比大小为图左上角的频率标签后面括号内的值，这里为第39.9阶。

图18-18 齿轮箱升速振动信号的角域波形和阶比谱

图18-19 齿轮箱升速振动信号的转速频率谱阵

（6）转阶谱阵 图18-20是该齿轮箱升速振动信号的转速阶比谱。从转阶谱图上可以清楚地看到某一转速所对应的阶比成分，以及某一阶比随转速的变化情况。

图18-20 齿轮箱升速振动信号的转速阶比谱阵

图中的白色双曲线表示等频率线，其频率大小为图左上角的阶比标签后面括号内的值，这里为847.97Hz。

（7）阶比分量提取 图18-21是提取该齿轮箱升速振动信号的第2.5阶分量的实现过程。该图从上到下从左到右依次由四副小图构成。第一副小图为该振动信号经滤波和降采样后的Gabor时频谱，第二副小图为对该时频谱进行遮掩后的Gabor系数，第三副小图为重构分量的Gabor时频谱，第四副小图为重构的第2.5阶分量。比较第二副和第三副小图，可以看出，遮掩后的Gabor系数和重构分量的Gabor变换所得的Gabor系数非常接近，说明使用的算法可有效提取阶比分量。

3.齿轮箱降速试验(www.xing528.com)

除对齿轮箱升速振动进行分析外，还对该齿轮箱在一段转速范围内的降速振动信号进行了分析。由于这两组信号的转速范围不同，故其分析结果也有所不同。

（1）频谱分析 图18-22是该齿轮箱降速时产生的振动信号的时域波形和频谱。同样可以看出，其频谱存在严重的频率模糊现象。要观察某一时刻附近的频谱，可以从时频谱在该时刻的剖面获得。

图18-21 提取齿轮箱升速振动信号第2.5阶分量的实现过程

图18-22 齿轮箱降速振动信号的时域波形和频谱

（2）时频分析 图18-23是该齿轮箱降速振动信号的STFT时频谱，从该时频谱图上可以清楚地看到某一瞬时所对应的频率成分及其分布情况。

图18-23 齿轮箱降速振动信号的STFT时频谱

（3）转速估计 图18-24是该齿轮箱降速振动信号基于瞬时频率估计法和转速计算方法得到的转速曲线。

图18-24 基于瞬时频率估计法的降速曲线

（4）阶比谱分析 图18-25是该齿轮箱降速振动信号对应的角域波形和阶比谱。要观察某一转速附近的阶比谱，可以从转速—阶比谱中，在该转速的剖面获得。

（5）转频谱阵 图18-26是该齿轮箱降速振动信号的转速频率谱。从该转频谱图上可以清楚地看到某一转速所对应的频率成分及其分布情况。

图中的白色斜线表示等阶比线，其阶比大小为图左上角的频率标签后面括号内的值，这里为第3.0阶。

（6）转阶谱阵 图18-27是该齿轮箱降速振动信号的转速阶比谱阵。从转阶谱图上，可以清楚地看到某一转速所对应的阶比成分及其分布情况。图中的白色双曲线表示等频率线，其频率大小为图左上角的阶比标签后面括号内的值，这里为111.64Hz。

需要说明的是，由于分析的转速范围比较窄，故共振频率分量表示的双曲线很平坦，因此在图中几乎看不出来。

图18-25 齿轮箱降速振动信号的角域波形和阶比谱

图18-26 齿轮箱降速振动信号的转速频率谱阵

图18-27 齿轮箱降速振动信号的转速阶比谱阵

（7）阶比分量提取 图18-28是提取该齿轮箱升速振动信号的第9.5阶分量的实现过程。图18-28从上到下从左到右依次由四副小图构成。第一副小图为该振动信号经滤波和降采样后的Gabor时频谱，第二副小图为对该时频谱进行遮掩后的Gabor系数，第三副小图为重构分量的Gabor时频谱，第四副小图为重构的第9.5阶分量。比较第二副和第三副小图，可以看出，它们非常接近，说明使用的算法可有效提取阶比分量。

图18-28 提取齿轮箱降速振动信号第9.0阶分量的实现过程