Acoustic signal-assisted detection method of spiral bevel gears based on PSO-MCKD

LI Xianshan; TIAN Yu; WEI Lilin; ZHAO Xiaofeng; YAN Changfeng

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.016

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Acoustic signal-assisted detection method of spiral bevel gears based on PSO-MCKD

Development·Application | 更新时间：2025-09-20

- Acoustic signal-assisted detection method of spiral bevel gears based on PSO-MCKD
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 9, Pages: 128-135(2025)
- 作者机构：
  
  1.兰州理工大学机电工程学院，兰州 730050
  2.青海华鼎齿轮箱有限责任公司，西宁 810016
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.016
  CLC： TP274+.2
- Received：23 April 2024，
  
  Revised：2024-05-22，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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李贤山，田宇，魏理林，等. 基于PSO-MCKD的弧齿锥齿轮声信号辅助检测方法［J］. 机械传动，2025，49（9）：128-135.

LI Xianshan，TIAN Yu，WEI Lilin，et al. Acoustic signal-assisted detection method of spiral bevel gears based on PSO-MCKD［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：128-135.
李贤山，田宇，魏理林，等. 基于PSO-MCKD的弧齿锥齿轮声信号辅助检测方法［J］. 机械传动，2025，49（9）：128-135. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.016.

LI Xianshan，TIAN Yu，WEI Lilin，et al. Acoustic signal-assisted detection method of spiral bevel gears based on PSO-MCKD［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：128-135. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.016.

摘要

目的

针对弧齿锥齿轮传动精度的传统检测方法操作烦琐、主观性较强等问题，提出一种评判弧齿锥齿轮传动精度的声信号辅助检测方法。

方法

将齿轮滚动检查机与所开发的声信号采集系统结合，设计了检测弧齿锥齿轮齿面接触印痕质量的声信号实时采集试验；并结合粒子群优化（Particle Swarm Optimization

PSO）算法与最大相关峭度解卷积（Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution

MCKD）的信号处理方法，研究了不同轴向偏差对齿轮啮合声信号的影响。

结果

研究发现，轴向偏差增大会导致啮合频率及其倍频所对应的幅值上升，严重影响齿轮的传动精度。同时，利用实际算例验证了所提方法的可行性，为弧齿锥齿轮啮合性能的检测提供了有效的辅助手段。

Abstract

Objective

Aiming at the problems of cumbersome operation and strong subjectivity of the traditional detection method for the transmission accuracy of spiral bevel gears

an acoustic signal-assisted detection method for judging the transmission accuracy of spiral bevel gears was proposed.

Methods

Combining the gear rolling inspection machine with the developed acoustic signal acquisition system

a real-time acoustic signal acquisition experiment was designed for detecting the quality of the contact marks on the tooth surface of the spiral bevel gear. Combined with the particle swarm optimization (PSO) algorithm and the maximum correlated kurtosis deconvolution (MCKD) based signal processing methods

the effect of different axial deviations on the gear mesh acoustic signals was investigated.

Results

It is found that the increase of the axial deviation leads to the increase of the amplitude corresponding to the mesh frequency and its octave frequency

which seriously affects the transmission accuracy of the gear. Meanwhile

the feasibility of the proposed method is verified by using practical examples

which provides an effective auxiliary mean for the detection of the meshing performance of spiral bevel gears.

关键词

Keywords

references

刘斌，剡昌锋，魏理林，等 . 弧齿锥齿轮复合磨粒磨削性能仿真与分析［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 3 ）： 684 - 691 .

LIU Bin ， YAN Changfeng ， WEI Lilin ， et al . Simulation and analysis of compound abrasive grinding performance of spiral bevel gears ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 3 ）： 684 - 691 .

MU Y M ， HE X M . Design and dynamic performance analysis of high-contact-ratio spiral bevel gear based on the higher-order tooth surface modification ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2021 ， 161 ： 104312 .

苏进展，魏刚，杨羽，等 . 弧齿锥齿轮大重合度设计及啮合性能对比［J］. 机械传动， 2022 ， 46 （ 2 ）： 60 - 65 .

SU Jinzhan ， WEI Gang ， YANG Yu ， et al . High contact ratio design and meshing performance comparison for spiral bevel gear ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 60 - 65 .

门志远，李林宏，张耀辉 . 弧齿锥齿轮接触印痕面积的定量分析［J］. 兵器装备工程学报， 2017 ， 38 （ 10 ）： 104 - 107 .

MEN Zhiyuan ， LI Linhong ， ZHANG Yaohui . Quantitative analysis of the contact marks area of spiral bevel gear ［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering ， 2017 ， 38 （ 10 ）： 104 - 107 .

苏宇龙，徐敏，赵兴龙，等 . 考虑安装误差的弧齿锥齿轮齿面接触印痕仿真分析［J］. 西安理工大学学报， 2017 ， 33 （ 1 ）： 107 - 112 .

SU Yulong ， XU Min ， ZHAO Xinglong ， et al . Tooth contact analysis of spiral bevel gear based on assembly misalignment ［J］. Journal of Xi’an University of Technology ， 2017 ， 33 （ 1 ）： 107 - 112 .

SIMON V . Computer simulation of tooth contact analysis of mismatched spiral bevel gears ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2007 ， 42 （ 3 ）： 365 - 381 .

汪中厚，余剑，张兴林 . 安装误差对弧齿锥齿轮齿面接触轨迹影响的分析研究［J］. 机械传动， 2014 ， 38 （ 2 ）： 21 - 24 .

WANG Zhonghou ， YU Jian ， ZHANG Xinglin . Analysis and study on the influence of installation error on spiral bevel gear tooth surface contact trajectory ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2014 ， 38 （ 2 ）： 21 - 24 .

胡国安，何刘海，吴桂娇，等 . 航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究［J］. 推进技术， 2019 ， 40 （ 1 ）： 166 - 174 .

HU Guo’an ， HE Liuhai ， WU Guijiao ， et al . Acoustic noise and dynamic stress experimental study on travelling wave vibration of high-speed bevel gear in aero-engine ［J］. Journal of Propulsion Technology ， 2019 ， 40 （ 1 ）： 166 - 174 .

郭小鹏，吴法勇，安中彦，等 . 基于声测法的齿轮行波共振测试方法［J］. 航空发动机， 2023 ， 49 （ 6 ）： 115 - 120 .

GUO Xiaopeng ， WU Fayong ， AN Zhongyan ， et al . Gear travelling wave resonance testing method based on acoustic measurement method ［J］. Aeroengine ， 2023 ， 49 （ 6 ）： 115 - 120 .

栾孝驰，柳贡民，沙云东，等 . 中央传动锥齿轮行波共振特征精准识别试验研究［J］. 推进技术， 2020 ， 41 （ 12 ）： 2840 - 2847 .

LUAN Xiaochi ， LIU Gongmin ， SHA Yundong ， et al . Experimental research on accurate identification of traveling wave resonance characteristics of central drive bevel gears ［J］. Journal of Propulsion Technology ， 2020 ， 41 （ 12 ）： 2840 - 2847 .

MCDONALD G L ， ZHAO Q ， ZUO M J . Maximum correlated Kurtosis deconvolution and application on gear tooth chip fault detection ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2012 ， 33 ： 237 - 255 .

张俊，张建群，钟敏，等 . 基于PSO-VMD-MCKD方法的风机轴承微弱故障诊断［J］. 振动、测试与诊断， 2020 ， 40 （ 2 ）： 287 - 296 .

ZHANG Jun ， ZHANG Jianqun ， ZHONG Min ， et al . PSO-VMD-MCKD based fault diagnosis for incipient damage in wind turbine rolling bearing ［J］. Journal of Vibration ， Measurement & Diagnosis， 2020 ， 40 （ 2 ）： 287 - 296 .

WANG Y X ， LIANG M . Identification of multiple transient faults based on the adaptive spectral kurtosis method ［J］. Journal of Sound and Vibration ， 2012 ， 331 （ 2 ）： 470 - 486 .

胡爱军，赵军 . 基于自适应最大相关峭度解卷积的滚动轴承多故障诊断［J］. 振动与冲击， 2019 ， 38 （ 22 ）： 171 - 177 .

HU Aijun ， ZHAO Jun . Diagnosis of multiple faults in rolling bearings based on adaptive maximum correlated kurtosis deconvolution ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2019 ， 38 （ 22 ）： 171 - 177 .

LI X ， XU Z F ， WANG Y M . PSO-MCKD-MFFResnet based fault diagnosis algorithm for hydropower units ［J］. Mathematical Biosciences and Engineering ， 2023 ， 20 （ 8 ）： 14117 - 14135 .

CUI H J ， GUAN Y ， CHEN H Y . Rolling element fault diagnosis based on VMD and sensitivity MCKD ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 120297 - 120308 .

赵小强，张青青，陈鹏，等 . 基于PSO-BFA和改进Alexnet的滚动轴承故障诊断方法［J］. 振动与冲击， 2020 ， 39 （ 7 ）： 21 - 28 .

ZHAO Xiaoqiang ， ZHANG Qingqing ， CHEN Peng ， et al . Rolling bearing fault diagnosis method based on improved Alexnet and PSO-BFA ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2020 ， 39 （ 7 ）： 21 - 28 .

CHENG Y ， WANG Z W ， ZHANG W H ， et al . Particle swarm optimization algorithm to solve the deconvolution problem for rolling element bearing fault diagnosis ［J］. ISA Transactions ， 2019 ， 90 ： 244 - 267 .

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