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基于全矢谱技术的高速齿轮故障诊断研究

作　者: 巩晓赟
导　师: 韩捷
学　校: 郑州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 齿轮故障诊断全矢功率谱全矢倒频谱全矢Hilbert解调
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 2次
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内容摘要

齿轮传动系统是各种机器设备中应用最广泛的动力和运动传递装置,其动力性能对整个机器有重要影响。为了提高传动效率,齿轮传动系统普遍向高速、重载方向发展,在传动过程中由于线速度高和载荷大带来的振动、噪声、变形等因素严重影响机组整体的安全性和稳定性。所以对齿轮传动系统的动态性能及其故障诊断的研究是我国基础工业发展的迫切需要。高速齿轮与普通齿轮相比有许多特点,不仅其圆周速度高,通常以极高的频率交替啮合来传递功率,而且要求运转平稳,安全可靠。齿轮由于磨损、点蚀、制造和安装误差等因素,使齿轮在啮合过程中不可避免的产生了冲击和振动。又由于齿轮常常在高速重载下连续工作,容易受到损害并诱发故障,因此对齿轮故障进行准确监测具有重要意义。但在传统的齿轮故障诊断中,仅依赖于单一的传感器和单一的信号处理方法是远远不够的。所以在此基础上提出了本课题研究的基于全矢谱技术的高速齿轮故障诊断。信息融合技术在设备故障诊断中的应用研究已取得较大成效。许多研究是依据旋转机械的回转特性而展开的。本文介绍了基于信息融合的全矢谱技术,从其数值算法到图谱表达及其在故障诊断工作中的先进性,进一步说明了全矢谱分析技术具有全面、直观、易拓展的特点。本课题主要以高速齿轮为研究对象,通过对其转子振动和齿轮啮合情况的研究,采用多通道动态信号的融合分析方法,来实现对齿轮的故障诊断。即利用全矢谱技术的信息融合方法,更真实、更可靠地反映高速齿轮的振动信号。如文中采用全矢功率谱对齿轮故障进行诊断,不但实现了信息全面和高分辨率的特点,而且对齿轮的大面积磨损、点蚀等均匀故障有比较明显的分析效果。对于具有复杂调制源的齿轮故障信号,全矢倒频谱可识别复杂频谱图上的周期结构,能够分离和提取出密集泛频信号中的周期成分,对具有周期成分及多成分边频的齿轮故障信号的识别较为有效。针对齿轮故障的复杂调制信号,本文提出了全矢Hilbert解调技术的新方法,探讨了多传感器融合信号的全矢Hilbert解调的定义和算法,研究表明,全矢Hilbert解调方法具有清晰的理论意义,改善了传统单通道信号Hilbert解调信息不完整、不清晰的缺陷。与传统Hilbert解调相比,基于全矢谱技术的Hilbert解调分析方法能够准确全面地解调出齿轮箱的故障信息,并在实际工程中得到验证。基于全矢谱技术的高速齿轮故障诊断研究不仅将进一步发展信息融合技术的理论体系,更对丰富与完善齿轮乃至整个齿轮箱诊断体系起着积极的推动作用,同时将对提高齿轮及齿轮箱诊断效率与准确性开辟新的领域。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1、绪论  9-18
  1.1 课题的来源、目的及意义  9-10
    1.1.1 课题的来源  9
    1.1.2 课题的目的和意义  9-10
  1.2 发展现状  10-14
    1.2.1 故障诊断技术的发展现状  10-12
    1.2.2 齿轮故障诊断技术的发展现状  12-13
    1.2.3 信息融合技术的发展现状  13-14
  1.3 全信息技术在故障诊断中的应用  14-17
    1.3.1 全息谱理论  15
    1.3.2 全谱理论  15-16
    1.3.3 全矢谱理论  16-17
  1.4 本文的主要研究内容  17
  1.5 本章小结  17-18
2、齿轮振动噪声产生的机理  18-35
  2.1 齿轮振动的机理分析  18-22
    2.1.1 齿轮振动的基本参数  18-21
    2.1.2 齿轮振动的数学模型  21-22
  2.2 齿轮故障的主要形式  22-29
    2.2.1 齿轮典型故障的成因  22-24
    2.2.2 齿轮故障的频谱特征  24-27
    2.2.3 齿轮故障引起的调制效应  27-29
  2.3 齿轮振动监测的常用信号分析方法  29-34
    2.3.1 信号的时域分析  29-31
    2.3.2 信号的频域分析  31-33
    2.3.3 信号的倒频谱分析  33
    2.3.4 解调分析  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3、基于同源信息融合的全矢谱理论  35-50
  3.1 同源信息融合技术  35-36
  3.2 双通道信息融合的全矢谱理论  36-44
    3.2.1 理论基础  36-42
    3.2.2 全矢谱数值计算方法  42-44
  3.3 全矢谱方法与传统分析方法的关系  44-46
  3.4 全矢谱技术的工程应用  46-49
  3.5 本章小结  49-50
4、全矢谱技术在齿轮故障诊断中的研究  50-69
  4.1 概述  50
  4.2 全矢功率谱理论  50-57
    4.2.1 全矢功率谱的理论计算  50-54
    4.2.2 全矢功率谱在齿轮故障中的应用  54-57
  4.3 全矢倒频谱理论  57-63
    4.3.1 倒频谱分析法  57-59
    4.3.2 全矢倒频谱的定义与算法  59-60
    4.3.3 诊断实例分析  60-63
  4.4 全矢Hilbert解调技术  63-68
    4.4.1 Hilbert变换的解调原理  63-65
    4.4.2 全矢Hilbert解调的定义  65-66
    4.4.3 诊断实例分析  66-68
  4.5 本章小结  68-69
5、结论与展望  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-76
攻读硕士学位期间参与的项目与发表的学术论文  76-77
致谢  77

基于全矢谱技术的高速齿轮故障诊断研究

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