基于静电信号和短时傅里叶变换的齿轮故障监测方法

传统振动监测需依附被检对象,从而引起振动干扰源激励的增多,使得变工况下齿轮振动信号的故障特征被干扰信号湮没。为了解决这一问题,以啮合齿轮组为研究对象,分析了静电监测信号的优势,推导了信号时频分析理论,提出了一种基于静电信号和短时傅里叶变换(STFT)的齿轮故障监测方法。首先,研究了静电监测技术机理,设计了带阻滤波器去除工频干扰,完成了信号预处理工作;然后,推导了短时傅里叶加窗变换的原理,并结合齿轮振动和静电实验数据,分析了其时频域信号特征;最后,搭建了齿轮故障监测平台,进行了齿轮啮合磨损区域静电监测实验,验证了从静电信号中提取出齿轮故障特征的普适性。实验结果表明:静电信号提取的齿轮特征频率为309.6 Hz,与齿轮实际啮合频率一致,静电信号的三维功率谱密度与齿轮转速、载荷呈现正相关关系;与齿轮的振动信号相比,静电信号包含的干扰频带少,且利用时频功率谱可凸显不同的故障信息。研究结果表明:采用静电信号能较好地获取变工况下齿轮的状态信息,克服了振动监测的不足,该齿轮故障监测方法具有一定的应用价值。