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基于小波与感应电机电流的齿轮传动系统故障诊断

作　者: 王瑞梓
导　师: 赵春雨
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 小波分析 加载小信号模型 齿轮传动系统 故障诊断 电流信号
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 102次
引　用: 1次
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内容摘要


随着现代社会工业的不断发展,设备日趋大型化、集成化、高速化、自动化和智能化。为能够实时监控一些关键设备的运行状况,保证其的正常运行,机械系统状态监测和故障诊断得到了不断的发展。其基本任务是监视机械设备的运行状态,诊断和判断机械设备的故障并提供有效的排故措施,指导设备管理和维修。齿轮传动失效形式相对比较复杂,故障形式也多种多样,且被广泛应用于车辆、机床、航空、航海等领域中,因此对齿轮传动系统的运行状态进行实时检测具有重要的实际意义和重要价值。在齿轮故障监测与诊断中,齿轮振动信号包含了丰富的故障信息,因而振动测试是采集故障信号的基本手段。但在实际应用中,由于传感器安装难度较大等不便因素,想获得很好的振动信号并不容易。近些年来,由于电动机无速度传感器技术的发展,利用电动机电流对齿轮传动系统进行监控和故障诊断成为了一个新兴的热点。我们可以很容易的获得电机相电流值,且传感器安装十分方便。感应电动机电流信号可以很好的反映系统外负载的动态特性,通过不同的电流值我们可以预测外负载的动态特性,这为系统的故障诊断提供了可靠依据。本文中,我们通过在任意坐标系(d,q)下,建立感应电机驱动齿轮传动系统的联合加载小信号模型,并给出了系统递函数的表达式,在理论上说明了,电动机的电流电压信号可以反映系统的动态特性,从而为利用电动机电流信号进行故障诊断奠定了基础。由于齿轮的多种失效形式,因此齿轮的振动信号表现非常复杂,例如齿轮断齿、齿根裂纹等,对振动信号的影响都随着时间而改变,表现为非平稳性特征,传统的傅立叶频谱分析已经不能满足要求,对故障信号分析的要求是对其进行高效的时频分析,为此本文将采用灵活的小波分析技术。在应用小波技术前,需要克服小波分解中产生的增频和边界效应。对于增频现象,采用细节信号求和的方法来解决分解增频；对于边界效应问题,采用分段对称延拓的方法。通过仿真结果证明了这两种方法的可行性,这为我们应用小波分解处理非平稳信号提供了有力的支持。最后,我们先在感应电机驱动齿轮传动系统的联合加载小信号模型的基础上,利用VC++程序仿真电机的运行状况。通过不同外负载的仿真结果,说明在任意坐标系(d,q)下的电动机电流信号可以很好的反映外负载的动态特性；仿真结果的频谱分析也完全反映了外负载的频率特性,即电流信号中包含了可以反映外部负载的信息。然后,利用小波对实验中测得的单项电流信号进行分析,对系统故障做出诊断。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-14
  1.1 论文目的和意义  11-12
  1.2 机械系统故障诊断技术的应用与发展  12-13
    1.2.1 故障诊断技术的发展应用概况  12
    1.2.2 电动机非平稳电流信号在机械故障诊断中的应用  12-13
  1.3 课题研究的主要问题  13-14
第2章 电动机电流信号齿轮箱故障诊断的理论基础  14-25
  2.1 电机驱动齿轮箱传动系统简介  14
  2.2 小信号电机驱动系统模型  14-24
    2.2.1 机械系统联接模型  14-16
    2.2.2 感应电机小信号模型  16-23
    2.2.3 联合加载小信号电机模型  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 齿轮故障及其信号特征分析  25-34
  3.1 齿轮故障的产生原因  25-26
    3.1.1 齿轮制造生产时的异常  25
    3.1.2 装配齿轮时造成的异常  25-26
  3.2 齿轮运行时产生失效的原因  26-28
    3.2.1 齿面磨损  26-27
    3.2.2 齿面胶合  27
    3.2.3 齿面疲劳  27
    3.2.4 轮齿断折  27-28
  3.3 齿轮传动系统振动信号的特征分析  28-32
    3.3.1 轴的转动频率及其各次谐波  28
    3.3.2 啮合频率及其各次谐波  28-29
    3.3.3 隐含成份  29
    3.3.4 由调制效应而产生的边频带  29-31
    3.3.5 附加冲击  31
    3.3.6 交叉调制成份  31-32
  3.4 本章小结  32-34
第4章 小波理论基础及其增频与边界效应问题的研究  34-49
  4.1 小波分析理论基础  34-35
    4.1.1 连续小波变换  34
    4.1.2 离散小波变换  34-35
  4.2 小波增频现象  35-44
    4.2.1 常见的小波基函数  35-36
    4.2.2 小波增频与小波函数的关系  36-39
    4.2.3 小波增频与采样频率的关系  39-42
    4.2.4 小波增频与分解层数的关系  42-43
    4.2.5 小波增频与采样点数量之间的关系  43
    4.2.6 小波增频的消除方法  43-44
  4.3 小波分解中的边界效应  44-49
    4.3.1 边界效应得产生原因分析  44-46
    4.3.2 信号延拓  46-49
第5章 基于电机电流的齿轮传统系统故障诊断  49-68
  5.1 计算机仿真  49-62
  5.2 实验结果与分析  62-66
  5.3 本章小结  66-68
第6章 结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械制造工艺 > 柔性制造系统及柔性制造单元 > 故障诊断和维护
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