针对变转速工况下齿轮传动系统振动信号的非平稳性和复杂性在故障诊断中的特点及存在的问题,提出了一种结合重采样和优化VMD的分析方法。对于双跨转子系统齿轮箱的试验振动信号,采用等角度重采样方法将非平稳的等时间间隔信号转化为平稳的等角度信号,然后对角度域信号进行基于中心频率观察法和BSA优化的变分模态分解(VMD),合理选择模态分量进行重构,然后希尔伯特变换得到能有效反应故障信息的包络谱,有效识别出系统变速过程中的齿轮箱断齿故障。该方法有效克服了传统故障诊断方法在变工况下的不足,具有一定的实际意义。

以一级齿轮箱及其连接的双跨转子系统为研究对象,研究其载荷激励和断齿故障下的动力学机理。针对齿轮啮合刚度的时变性及其所连接的转子系统的不平衡,以转子系统动力学、齿轮系统动力学以及拉格朗日方程为基础,构建了齿轮-转子系统的弯扭耦合数学模型,并在Matlab/Simulink环境下建立其仿真模型。数值仿真了断齿故障信号,并通过信号发生器模拟不同的载荷激励,通过观察其时频图解析了不同载荷激励和断齿故障所引起的系统动力学响应。最后,通过不同载荷激励下的齿轮断齿故障试验,得到实测信号的时域图并进行频谱分析,验证了齿轮-转子系统模型的合理性,可为齿轮-转子系统的故障诊断提供重要的理论依据。