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[摘 要]电动机应用的过程中，常通过电动机电流信号双谱分析完成状态监测，了解齿轮传动是否存在故障，根据信号双谱信号变化情况进行故障诊断、制定故障诊断方案，争取短时间内解决故障。本文首先介绍了电动机电流信号，然后分析了信号双谱内容，最后重点探究了故障及诊断。
[关键词]电动机电流信号；齿轮传动；故障诊断
中图分类号：S143 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0284-01
前言
机器设备主要借助齿轮传动装置完成运行，这一装置的故障现象在一定程度上影响动力效果，因此，全面进行故障诊断是十分必要的。应用电动机电流信号双谱分析法进行故障诊断不仅能够提高诊断准确性，而且还能弥补传统故障诊断法的不足，同时，诊断成本相对较低。希望本文探究能够扩大这一诊断方法的应用范围，为相关研究人员提供理论支持。
1 电动机电流信号
1.1 常规电流信号
齿轮常规运行时，针对性考察各相的电流特点，在此期间，不考虑机械系统方面存在的误差，其中，相电流信号以及磁通量、电磁转矩分别由公式代入得知，求值过程中参考的对象主要为电源电压信号。
1.2 故障电流信号
一旦齿轮运行期间出现多样性故障，如轮齿破损、转条中断，这时波动转矩会相应出现，导致电动机失去平衡，为了保持良好的平衡效果，应根据转矩平衡方程合理控制波动速度和波动角度。
故障诊断的过程中，应用电流信号模型，在分析振幅谱的基础上具体了解故障点，以往传统的故障诊断方法仅将分析对象限定为振幅，不注重相位变化情况，然而相位是影响故障的主要因素，一旦考虑的内容过于片面，则会大大降低故障准确性，延时故障控制时间。
2 信号双谱分析
本文介绍的这种分析法的特点主要有三种，第一种即相位信息存储，第二种即非线性识别，第三种即噪声消除。由于故障和电源这两方面频率分量是导致电流信号出现非线性现象的主要原因，因此，本文所介绍的这一方法具有可行性，在常规分析的基础上，顺利引入非常规分析。
2.1 常规分析
确定电流信号后，接下来进行傅里叶变换，这时常规双谱相对明确，双谱接近零，此时噪声抑制效果越来越明显，其条件为：频率分量无线性耦合现象，即相位关系尚未确定，频率自由变化。反之，上述条件改变，则双谱值不会接近零，并会出现峰值，这时引进双谱相干函数全面了解耦合效果，根据幅值变化情况了解振幅现象，掌握频率分量耦合程度。
2.2 非常规分析
所谓非常规分析，指的是调制信号双谱分析，各频率分量作用的过程中会出现非线性现象，进而电动机电流信号调制特点不能彰显，要想弥补上述常规双谱分析中特点片面描述的不足，应根据特定方程式完成非常规分析，根据双谱总相位以及分量耦合关系完成数值在方程式中的代入，并对幅值进行乘积处理，通过获取平均值掌握双谱峰值，同时，通过频谱简化缩小信号源的范围，以便提高双谱分析的准确性，全面了解双谱分析法在噪声消除方面的积极作用。
3 齿轮传动故障及诊断
3.1 故障形式
齿轮传动的过程中，常因运维不当产生多种形式的故障，并且故障形式会随着影响因素的变化而改变，常见故障形式主要有：齿面破损、断齿、齿面摩擦、齿面弯曲、齿面胶合等。
3.2 振动特点
齿轮发生故障后，齿轮振动效果会受到影响，分析齿轮振动影响因素，分别分析齿轮在常规和非常规状态下的振动表现，了解振动水平存在的不同，在此期间，借助啮合频率、幅值调制、倍频成分、频率调制的差异具体掌握振动信号受不同类型故障影响的表现[1]。
3.3 试验系统及系统故障
齿轮传统系统在试验台进行性能测试如图1所示，从图中能够看出试验台的组成部分，不可见内容即电流、速度、传感器、转矩、电压等，其中，距离控制柜三米的位置即电流和传感器，这两个装置主要用来监测信号；传感器灵敏度为5.2A/V，频率范围在0和1050Hz之间，110kHz数采系统，高效测量不同条件下的电流值。故障类型测试的过程中，组织不同的故障试验，试验种类主要有四类，不同种类故障测试工作开始之前，事先预测基准值，在故障循序引入的前提下开始试验，要想全面获知双谱分析法在不同类故障中的特点，通过应用不同齿轮进行特点总结，试验进行时，对齿轮逐一标号，设置采集频率为110kHz，采集点为1602×103，数据长度约为s。双谱分析法参与计算时，应用数据帧为102×103的點离散傅里叶变换，这对噪声消除具有良好的效果，同时，还能有效预防频谱泄露，大大提高频率分量准确性。
3.4 以双谱分析法为基础进行故障诊断
齿轮在无故障状态下进行双谱分析，分析可知，双频率区域内有双频波峰，数量为两个，并且波峰之间由中间轴连接，此时双谱相干函数幅值为，这代表分量信号噪声干扰较大，由此可见，非线性影响是造成波峰出现的主要原因。如果双谱相干函数幅值小于，则说明双谱信号内部个别分量存在非线性影响，即线性耦合度相对较高。个别双频率区域并无波峰现象，则证明耦合效应不是十分明显，进而数值提取、数值分析工作会中止。对比不同区域的双频率波峰，区域一的峰值较小，区域二的峰值相对较大，这主要是因轴波动引起，导致波动误差产生。假设质量监控条件一致，则峰值差异主要由于转速差异导致，由此可知，应用双谱分析法能够大致了解齿轮传动状态，并对齿轮传动信息全面提取，以便为故障诊断提供依据。
齿轮破损度为30%时，波峰值相对明显，判断可知，故障现象发生在齿轮传动链，由于轴1附近的波峰明显升高，因此，轴1处发生故障的几率较大。从制造误差角度分析，波峰变化幅度较小，则说明制造误差较小。对比故障和非故障波峰，齿轮破损为30%的双频波峰波动现象较明显，被对比区域的双频波峰仅小幅度上升，从中可知，中间轴齿轮出现故障的几率较高，深层次分析可知，故障源能在电流信号双谱分析法的应用下准确确定。对比故障和非故障的双谱波峰，因为轴不对中问题明显存在，参与对比的双频率区域存在显著的波峰变化，由此可知，输入轴齿轮波动呼应于对比故障，最终总结可知，双谱分析法能够明确齿轮故障类型。
从以上分析中能够看出，本文介绍的双谱分析法能够准确检测故障类型，并且还能在掌握双谱波峰变化值的前提下了解故障原因，总结双频波峰分布规律，进而能够缩小故障范围，总结故障产生的原因[2]。
结论
综上所述，本文以电动机电流信号为基础，应用双谱分析法探究齿轮传动故障，在了解故障形式、振动特点的基础上，通过系统试验进行系统故障预测，全面总结故障发生原因。双谱分析法应用于齿轮传统故障检测，这不仅能够弥补传统故障检测法的不足，而且还能提高故障检测的准确性，这对系统性能优化有促进作用。此外，有利于扩大双谱分析法的应用范围，提高这一方法的应用率。
参考文献
[1] 赵晓清，徐玉秀，梁晓玉.基于振动相关信息融合的行星齿轮传动系统故障诊断[J].机械强度，2015，37（01）：1-8.
[2] 陈峙，谷丰收，MANSAFHaram，.基于电动机电流信号双谱分析的齿轮传动故障诊断[J].机械工程学报，2012，48（21）：84-90.
[关键词]电动机电流信号；齿轮传动；故障诊断
中图分类号：S143 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0284-01
前言
机器设备主要借助齿轮传动装置完成运行，这一装置的故障现象在一定程度上影响动力效果，因此，全面进行故障诊断是十分必要的。应用电动机电流信号双谱分析法进行故障诊断不仅能够提高诊断准确性，而且还能弥补传统故障诊断法的不足，同时，诊断成本相对较低。希望本文探究能够扩大这一诊断方法的应用范围，为相关研究人员提供理论支持。
1 电动机电流信号
1.1 常规电流信号
齿轮常规运行时，针对性考察各相的电流特点，在此期间，不考虑机械系统方面存在的误差，其中，相电流信号以及磁通量、电磁转矩分别由公式代入得知，求值过程中参考的对象主要为电源电压信号。
1.2 故障电流信号
一旦齿轮运行期间出现多样性故障，如轮齿破损、转条中断，这时波动转矩会相应出现，导致电动机失去平衡，为了保持良好的平衡效果，应根据转矩平衡方程合理控制波动速度和波动角度。
故障诊断的过程中，应用电流信号模型，在分析振幅谱的基础上具体了解故障点，以往传统的故障诊断方法仅将分析对象限定为振幅，不注重相位变化情况，然而相位是影响故障的主要因素，一旦考虑的内容过于片面，则会大大降低故障准确性，延时故障控制时间。
2 信号双谱分析
本文介绍的这种分析法的特点主要有三种，第一种即相位信息存储，第二种即非线性识别，第三种即噪声消除。由于故障和电源这两方面频率分量是导致电流信号出现非线性现象的主要原因，因此，本文所介绍的这一方法具有可行性，在常规分析的基础上，顺利引入非常规分析。
2.1 常规分析
确定电流信号后，接下来进行傅里叶变换，这时常规双谱相对明确，双谱接近零，此时噪声抑制效果越来越明显，其条件为：频率分量无线性耦合现象，即相位关系尚未确定，频率自由变化。反之，上述条件改变，则双谱值不会接近零，并会出现峰值，这时引进双谱相干函数全面了解耦合效果，根据幅值变化情况了解振幅现象，掌握频率分量耦合程度。
2.2 非常规分析
所谓非常规分析，指的是调制信号双谱分析，各频率分量作用的过程中会出现非线性现象，进而电动机电流信号调制特点不能彰显，要想弥补上述常规双谱分析中特点片面描述的不足，应根据特定方程式完成非常规分析，根据双谱总相位以及分量耦合关系完成数值在方程式中的代入，并对幅值进行乘积处理，通过获取平均值掌握双谱峰值，同时，通过频谱简化缩小信号源的范围，以便提高双谱分析的准确性，全面了解双谱分析法在噪声消除方面的积极作用。
3 齿轮传动故障及诊断
3.1 故障形式
齿轮传动的过程中，常因运维不当产生多种形式的故障，并且故障形式会随着影响因素的变化而改变，常见故障形式主要有：齿面破损、断齿、齿面摩擦、齿面弯曲、齿面胶合等。
3.2 振动特点
齿轮发生故障后，齿轮振动效果会受到影响，分析齿轮振动影响因素，分别分析齿轮在常规和非常规状态下的振动表现，了解振动水平存在的不同，在此期间，借助啮合频率、幅值调制、倍频成分、频率调制的差异具体掌握振动信号受不同类型故障影响的表现[1]。
3.3 试验系统及系统故障
齿轮传统系统在试验台进行性能测试如图1所示，从图中能够看出试验台的组成部分，不可见内容即电流、速度、传感器、转矩、电压等，其中，距离控制柜三米的位置即电流和传感器，这两个装置主要用来监测信号；传感器灵敏度为5.2A/V，频率范围在0和1050Hz之间，110kHz数采系统，高效测量不同条件下的电流值。故障类型测试的过程中，组织不同的故障试验，试验种类主要有四类，不同种类故障测试工作开始之前，事先预测基准值，在故障循序引入的前提下开始试验，要想全面获知双谱分析法在不同类故障中的特点，通过应用不同齿轮进行特点总结，试验进行时，对齿轮逐一标号，设置采集频率为110kHz，采集点为1602×103，数据长度约为s。双谱分析法参与计算时，应用数据帧为102×103的點离散傅里叶变换，这对噪声消除具有良好的效果，同时，还能有效预防频谱泄露，大大提高频率分量准确性。
3.4 以双谱分析法为基础进行故障诊断
齿轮在无故障状态下进行双谱分析，分析可知，双频率区域内有双频波峰，数量为两个，并且波峰之间由中间轴连接，此时双谱相干函数幅值为，这代表分量信号噪声干扰较大，由此可见，非线性影响是造成波峰出现的主要原因。如果双谱相干函数幅值小于，则说明双谱信号内部个别分量存在非线性影响，即线性耦合度相对较高。个别双频率区域并无波峰现象，则证明耦合效应不是十分明显，进而数值提取、数值分析工作会中止。对比不同区域的双频率波峰，区域一的峰值较小，区域二的峰值相对较大，这主要是因轴波动引起，导致波动误差产生。假设质量监控条件一致，则峰值差异主要由于转速差异导致，由此可知，应用双谱分析法能够大致了解齿轮传动状态，并对齿轮传动信息全面提取，以便为故障诊断提供依据。
齿轮破损度为30%时，波峰值相对明显，判断可知，故障现象发生在齿轮传动链，由于轴1附近的波峰明显升高，因此，轴1处发生故障的几率较大。从制造误差角度分析，波峰变化幅度较小，则说明制造误差较小。对比故障和非故障波峰，齿轮破损为30%的双频波峰波动现象较明显，被对比区域的双频波峰仅小幅度上升，从中可知，中间轴齿轮出现故障的几率较高，深层次分析可知，故障源能在电流信号双谱分析法的应用下准确确定。对比故障和非故障的双谱波峰，因为轴不对中问题明显存在，参与对比的双频率区域存在显著的波峰变化，由此可知，输入轴齿轮波动呼应于对比故障，最终总结可知，双谱分析法能够明确齿轮故障类型。
从以上分析中能够看出，本文介绍的双谱分析法能够准确检测故障类型，并且还能在掌握双谱波峰变化值的前提下了解故障原因，总结双频波峰分布规律，进而能够缩小故障范围，总结故障产生的原因[2]。
结论
综上所述，本文以电动机电流信号为基础，应用双谱分析法探究齿轮传动故障，在了解故障形式、振动特点的基础上，通过系统试验进行系统故障预测，全面总结故障发生原因。双谱分析法应用于齿轮传统故障检测，这不仅能够弥补传统故障检测法的不足，而且还能提高故障检测的准确性，这对系统性能优化有促进作用。此外，有利于扩大双谱分析法的应用范围，提高这一方法的应用率。
参考文献
[1] 赵晓清，徐玉秀，梁晓玉.基于振动相关信息融合的行星齿轮传动系统故障诊断[J].机械强度，2015，37（01）：1-8.
[2] 陈峙，谷丰收，MANSAFHaram，.基于电动机电流信号双谱分析的齿轮传动故障诊断[J].机械工程学报，2012，48（21）：84-90.