邊頻帶

機械設備故障診斷技術一直以來都是研究熱點其基本步驟可劃分為兩步：首先採集能夠反映機械設備故障狀態的信號，例如振動信號、聲信號以及温度信號等，然後採用數學方法對這些信號進行分析，從這些分析中捕捉故障信息。許多新的故障診斷算法被提出，例如神經網絡算法、高階統計算法和非線性時間序列分析算法等。但這些所提出的新算法往往僅對某一類型的故障或設備敏感，並且這些算法多依賴於前期大量數據樣本，僅在實驗狀態下能達到理想效果，在生產現場的使用效果有限。實際上，傳統的統計特徵量法和頻譜分析方法更適用於現場狀況。特別對於齒輪箱這樣的設備，不同齒輪故障對應的頻率及其邊頻帶藴含有豐富的設備信息，加上頻譜分析運算速度快，因此是現場故障診斷的上佳選擇 ^[1]  。

一載波的振幅依照調變信號改變時，產生調幅載波。這種調幅載波的波形是頻率一定，振幅隨調變信號變化。可是，在數學上，可以證明除了載波頻率外，調幅載波還包含其他頻率。這些頻率，是由調變程序產生的，並且組成頻帶，叫做邊帶頻率。

邊頻帶的用途:邊帶頻率並不只是數學上的抽象概念。實際上可以將它從調幅載波上分出，廣泛應用於無線電傳輸系統。

齒輪齧合產生的振動信號的功率譜或頻譜中的主要頻率成分應當包含齒輪軸轉頻、齒輪齧合頻率及其倍頻。這些齧合頻率周圍的頻率分佈稱為邊頻帶。這是由於齒輪在運轉時存在多個激勵源，所採集到的振動信號往往是以齒輪齧合頻率及其諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉頻及其倍頻為調製頻率的已調製信號。在頻譜中則表現為在齒輪齧合頻率及其諧波或齒輪各階固有頻率及其諧波周圍出現邊頻帶。此外，齒輪箱內其它零部件的特徵運動頻率對齒輪的振動頻率進行調製，也會產生邊頻帶。這些頻率成份即其邊頻帶中包含豐富的齒輪狀態信息。

1)正常齒輪振動信號的頻譜以齧合頻率及其倍頻為主，其諧波值依次減小，邊頻帶較少。

2)齒輪發生磨損後的振動信號仍然以齧合頻率及其倍頻為主，但其幅值增大，且高次諧波值增大。

3)發生斷齒時振動能量有較大幅度的增加，齒輪齧合頻率及其諧波周圍產生邊頻帶，邊頻帶寬而高。此外，由於瞬態衝擊能量大，時常激勵起固有頻率，產生齒輪固有頻率調製現象，出現以齒輪各階固有頻率為中心頻率，以斷齒所在軸的轉頻及其高次諧波為調製頻率的調製邊頻帶。

4)齒輪若存在齒形誤差，其頻譜上產生以齒輪齧合頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉頻及其倍頻為調製頻率的齧合頻率調製現象，譜圖上在齧合頻率及其倍頻產生幅值小且稀疏的邊頻帶，特別的，對於周節誤差，這種邊頻帶為不對稱結構。

5)齒輪箱發生軸不對中的故障，主要出現在齒輪箱與其他部件相連接的聯軸器部位，當聯軸器兩端的軸雖平行卻不對中時，在軸旋轉過程中軸受徑向交變力的作用。軸每轉一週，徑向力交變兩次，在徑向力的作用下，軸會在徑向產生振動，而且由於軸之間的偏差，在齒輪箱傳動中通常會導致分佈類型的齒形誤差，在齒輪箱運行過程中會產生齒輪的齧合頻率調製現象，即以齧合頻率為中心的邊頻帶。其頻譜圖與齒形誤差的頻譜圖相似 ^[2]  。

在對武鋼某精軋機組精軋機齒輪分配箱的例行點檢中發現其齒輪分配箱振動值較其餘精軋機的齒輪分配箱大得多。為此，對該齒輪分配箱進行了現場測試與故障診斷。

傳動系統結構：電機通過接軸將扭矩傳遞給齒輪分配箱。然後通過齒輪分配箱(速比為1:1)將扭矩等值地分配給精軋機上、下工作輥振動信號採用PCB公司的加速度傳感器採集，測點分佈在分配箱上各軸承座附近。由於振動信號的頻譜分析與齒輪箱轉頻具有一定的函數關係，因此，在接軸上還設有一個轉速測點。轉速採用渦電流位移傳感器進行測量 ^[3]  。