信号重采样方法在齿轮箱故障诊断中的应用研究

发布时间：2020-05-13 23:16

【摘要】：行星齿轮箱是现代旋转机械传动系统变速环节中的核心机构,所以其在多个领域中被广泛应用,行星齿轮箱主要是由齿圈、太阳轮、行星轮以及轴承等组成。当行星齿轮箱应用在实际工程中,常常会工作在恶劣的时变环境下,所以,对处于这种恶劣环境下的行星齿轮箱进行故障诊断很有必要。本文所采用的声发射检测技术相比于常用的振动检测技术具有更强的抗干扰能力,然后针对于工作在复杂变工况下的行星齿轮箱所产生的非平稳时域信号,常用的时频域数据分析方法并不能很准确得出故障类型,所以需要将原本时域上非平稳信号通过信号重采样方法转换成平稳信号。对于本论文采用的信号重采样方法,首先要获取行星齿轮箱的转速信号,然后根据转速信号通过角度重采样的方法将非平稳信号转换成平稳信号。本文的研究思路如下:首先,介绍了课题研究的背景及意义,并深入了解行星齿轮箱的工作原理和内部结构,同时对行星齿轮箱故障信号进行了简要的分析;之后分别对声波检测技术和振动检测技术原理进行了研究和对比;另外介绍了非平稳信号处理方法的研究现状,总结分析了非平稳信号的一般处理方法。然后,着手设计并制作了以FPGA为核心的声发射数据采集系统以及以NI9234采集卡为核心的振动信号采集系统。其中,声发射信号数据采集系统包括模拟前端声发射信号调理电路、ADC采样电路、数据传输电路以及供电电路;振动信号采集系统包括NI 9234采集卡以及Labview上位机设计。文中给出了关键器件的选型以及两种不同采集系统的设计要点;另外还设计了转速信号的采集实验,利用空气耦合传感器对行星齿轮箱的转速信号进行实时采集获取。最后,将声发射数据采集系统和振动信号采集系统用于行星齿轮箱故障诊断平台,在不同转速以及不同齿轮故障的情况下进行声发射信号以及振动信号的数据采集实验,并完成在时域下的声发射信号和振动信号的对比;之后根据转速信号,将原始声发射信号进行信号重采样,完成对行星齿轮箱声发射信号齿轮故障特征提取,最终验证信号重采样方法的科学性。
【图文】：

示意图,行星齿轮箱,简化结构,示意图

第二章行星齿轮箱故障检测原理与典型故障特征星齿轮箱结构及工作原理星齿轮箱是近些年新发展和普及起来的新型机械传动系统，正是，利用其中数个行星轮来同时传递负荷，所以它相比于之前传统的有更强的带负载能力以及带负载效率[24]，并且行星齿轮箱中也同内啮合的组合形式。所以在很多领域，行星齿轮传动系统已经替代轮传动系统，如图 2-1 所示，行星齿轮箱的主要部件包括太阳齿轮、轮架、齿圈、输入/输出轴等。其中，位于内部中间位置的是齿圈键槽与箱体连接，在运行时，位置保持相对不变；太阳轮通过太阳连，在电机的驱动下，太阳轮绕自身轴线转动；行星轮安装在行星均匀分布，同时与太阳轮外啮合、与齿圈内啮合，在运动过程中，自己的轴线移动，而且还与行星架一起绕着太阳齿轮旋转，就像太和行星处于类似的运动状态一样，因而得名；行星架与输出轴相连安装在对应轴上，相对轴是固定的，并且随着轴一起运动。

点蚀,齿轮,轮齿

图 2-3 齿轮点蚀(如图 2-4 所示)与断齿(如图 2-5 所示)：当齿轮旋转时，齿之于齿表面的啮合点切平面。然而当负载太大且应力过高的时候力，并且会发生裂纹。如果有严重的冲击或过分偏载，也可能纹的轮齿再持续工作，裂纹会膨胀和加深，，最终导致轮齿的成严重损伤。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP277;TH132.41

【参考文献】