为了研究故障状态下高速列车齿轮箱轴承的振动响应,基于Hertz接触理论,考虑轴承外圈滚道上常见的剥离故障,利用三维建模软件SolidWorks和动力学软件RecurDyn,建立了高速列车齿轮箱轴承出现剥离故障时的动力学模型。通过对轴承的仿真分析可以看出,在经过外圈滚道上的剥离故障时,滚子的角速度出现周期性突变,产生打滑现象;滚子与外圈滚道故障处的冲击传递到保持架上,使其稳定性降低;外圈振动加速度频谱图在外圈故障特征频率的1倍频和2倍频处出现了峰值,根据理论分析,可以判定轴承出现故障的元件是外圈;外圈和滚子之间的接触力在故障处会周期性地增大和减小。

针对齿轮箱轴承信号非平稳性及其故障特征难以提取的问题,提出一种自适应白噪声平均总体经验模态分解(CEEMDAN)能量熵和马氏距离相结合的故障诊断方法。首先采用CEEMDAN方法对非平稳的轴承故障信号进行分解,获得若干阶表征信号特性的固有模态函数(IMF)分量;然后计算各IMF分量的自相关函数和相关系数,以滤除信号内的噪声干扰和对故障特征不敏感的IMF分量;最后计算各敏感故障特征分量的能量熵,将其作为特征参数形成状态特征向量,并使用马氏距离判别方法对轴承的工作状态和故障类型进行诊断。通过对实测不同工况以及不同故障程度的齿轮箱轴承信号的分析,证明了所提方法的有效性。