齒輪是機(jī)械設(shè)備中最常見(jiàn)的傳動(dòng)部件，同時(shí)也是種易損件。研究齒輪故障對(duì)降低機(jī)械設(shè)備的維修費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量都很有意義。齒輪的缺陷或故障（如齒面損傷、裂紋、過(guò)度磨損乃至斷齒等）最直接的動(dòng)力學(xué)行為是反映在其傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)上。本文圍繞驅(qū)動(dòng)軸扭振的間接測(cè)量和振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，以及這些信號(hào)的處理、故障特征提取等方面展開(kāi)工作，但由于直接測(cè)量齒輪的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)比較困難且成本高，故作者提出了通過(guò)監(jiān)測(cè)定子電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的間接測(cè)量新方法，通過(guò)提取定子電流的信號(hào)特征實(shí)現(xiàn)齒輪的故障診斷。其主要思路為：齒輪的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)通過(guò)回轉(zhuǎn)軸引起電機(jī)氣隙扭矩的波動(dòng)，氣隙扭矩的變化通過(guò)定子磁通引起定子電流的變化，因此通過(guò)對(duì)定子電流的頻率成分的分析，就可以實(shí)現(xiàn)齒輪的故障頻率的識(shí)別。
損傷齒輪的振動(dòng)信號(hào)特征正常情況下，即齒輪良好嚙合時(shí)，齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)主要是齒輪嚙合激勵(lì)振動(dòng)，其主要成分為嚙合頻率及其諧波分量，其響應(yīng)可表示為式中：x（t）為測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)X為第階嚙合頻率諧波分量幅值O為第階嚙合頻率諧波分量的相位f為齒輪嚙合頻率，f為齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻。
當(dāng)齒輪存在偏心、點(diǎn)蝕和斷齒時(shí)，振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生幅值調(diào)制，幅值調(diào)制是因?yàn)辇X面載荷波動(dòng)對(duì)振動(dòng)幅值的影響引起的。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、齒輪加工誤差、尺廓變形和輪齒彎曲等，導(dǎo)致了綜合齒輪剛度的周期變化，使齒輪的振動(dòng)產(chǎn)生頻率調(diào)制。事實(shí)上，同轉(zhuǎn)頻率為25Hz的齒輪故障引起的。經(jīng)過(guò)拆箱檢查發(fā)現(xiàn)，齒輪1存在嚴(yán)重的點(diǎn)蝕磨損，與理論推斷致。
綜上可知，齒輪的扭振信息對(duì)齒輪的故障十分敏感，因此通過(guò)分析電機(jī)的定子電流監(jiān)測(cè)齒輪的扭振就可以提取齒輪的故障特征。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)可以找到齒輪由正常到輕微損傷到最終破壞時(shí)定子電流信號(hào)的變化規(guī)律，當(dāng)掌握了定子電流在齒輪各損傷階段的信號(hào)變化特征時(shí)，就可以分辨出齒輪損傷的早期階段的故障特征，從而盡早采取措施排除故障。
另外，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，其變化頻率亦可以通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)被定子電流測(cè)得。般情況下，負(fù)載變化頻率與齒輪的故障頻率是不相同的。這樣，在掌握了各齒輪的故障在定子電流的特征規(guī)律后，就可以進(jìn)步分辨負(fù)載變化在定子電流中的特征，為測(cè)量負(fù)載的變化規(guī)律提供依據(jù)。
本文從理論和實(shí)踐兩方面同時(shí)證明了通過(guò)監(jiān)測(cè)定了電流間接監(jiān)測(cè)齒輪的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)齒輪的故障診斷的有效性和實(shí)用性。典型的齒輪故障診斷方法為通過(guò)安裝在軸承座上的加速度傳感感器測(cè)量齒輪的振動(dòng)信號(hào)，提取信號(hào)特征，對(duì)齒輪的故障進(jìn)行診斷。但是，這種方法方面受現(xiàn)場(chǎng)限制，安裝傳感器不方便，另外，振動(dòng)信號(hào)由齒輪傳遞到傳感器的路徑復(fù)雜，傳遞函數(shù)和齒輪箱的數(shù)學(xué)模型不容易求得，故目前采用的方法多為定性研究。而采用本文所提出的理論就可以解決上述問(wèn)題，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，具有較高的使用價(jià)值。
