基于小波的空间典型活动件振动监测和诊断

发布时间：2020-10-02 10:39

　　 空间技术的发展为推动人类经济发展和社会进步发挥了巨大作用。空间机械中典型活动件——齿轮和滚动轴承是空间机械结构的关键的部件,亦属故障多发件,在地面常态下对空间典型活动件进行振动监测和诊断具有重大意义。本文以地面常态环境中,脂润滑方式条件下的空间齿轮-轴承系统为研究对象,对其在作业工况下进行振动监测和诊断研究。 为了对空间活动件振动监测和诊断打下基础,论文首先分析了空间齿轮、滚动轴承常态下的主要性能异常形式。同时,分析了齿轮、滚动轴承的振动信号的特征:针对空间齿轮,从动力学角度研究齿轮系在正常状态下和异常状态下振动信号主要特点,并数值模拟了空间齿轮异常振动信号典型的调制现象;针对空间滚动轴承,研究了空间滚动轴承的特征频率参数。此外,基于活动件的小样本实验振动信号分析的基础上,研究了时域分析和频域分析在处理实际振动信号中的局限性。并初步指出,只有在用小波理论分析活动件振动信号的基础上结合时、频分析才能诊断出空间活动件健康状态的准确结果。 其次,基于有限元法对空间齿轮-轴承传动系统进行模态分析,得到其固有频率,进而为加速度传感器的选型、采样率的确定提供理论依据。此外,还基于有限元法对空间齿轮-轴承传动系统进行谐响应分析,得到轴承座附近刚度最大的点作为测点,为测振时测点的布置提供理论依据,并基于有限元谐响应分析得到的最佳测点,进行阶段实验验证。 最后,为了诊断出活动件的健康状态,进行实验研究。基于时域分析、小波变换、小波-能量分析、小波-频谱分析、小波包-频谱分析、解调分析对监测过程中的三个不同阶段的空间活动件的振动信号进行了诊断分析,得出活动件在三个阶段的健康状态。另外,结果进一步表明:实际齿轮-轴承系统振动信号成分非常复杂,单一的时、频分析,很难奏效,只有在用小波理论分析活动件振动信号的基础上,灵活运用时、频分析方法才能有效地诊断出活动件的健康状态。与此同时,基于对转矩/转速的监测实测数据分析,表明:对于早期的故障,转矩/转速状态监测能粗略的反映故障趋势。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH165.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内外研究动态
        1.2.2 空间齿轮-轴承系统振动监测和诊断主要内容
        1.2.3 齿轮振动监测和诊断方法研究现状
        1.2.4 滚动轴承振动监测和诊断方法研究现状
    1.3 论文研究主要内容
第2章 空间齿轮轴承故障诊断基础
    2.1 空间齿轮故障诊断基础
        2.1.1 空间齿轮性能异常基本形式
        2.1.2 齿轮振动系统数学模型
        2.1.3 性能异常齿轮的振动信号特征数值模拟
    2.2 空间滚动轴承故障诊断基础
        2.2.1 空间滚动轴承性能异常的基本形式
        2.2.2 性能异常滚动轴承的振动信号特征
    2.3 空间活动件振动信号处理方法
        2.3.1 时域分析
        2.3.2 频域分析
        2.3.3 时频分析
        2.3.4 小波理论
    2.4 本章小结
第3章 空间齿轮-轴承系统的模态分析和谐响应分析
    3.1 测点分布分析
        3.1.1 测点分布原则
        3.1.2 基于谐响应分析的测点分布分析
    3.2 谐响应分析介绍
    3.3 空间齿轮-轴承系统模态分析
        3.3.1 模态分析原理
        3.3.2 空间齿轮-轴承系统有限元模型的建立
        3.3.3 空间齿轮-轴承传动系统有限元模态分析结果
    3.4 空间齿轮-轴承传动系统有限元谐响应分析
        3.4.1 谐响应分析中待分析测点的位置
        3.4.2 谐响应分析结果
    3.5 测点分布阶段实验验证
    3.6 本章小结
第4章 空间典型活动件振动监测和诊断实验
    4.1 实验装置
        4.1.1 主要实验器材
        4.1.2 齿轮轴承传动系统
        4.1.3 数据采集与控制系统
    4.2 振动监测方案
    4.3 振动信号诊断分析
        4.3.1 时域分析
        4.3.2 小波变换分析
        4.3.3 小波-能量分析
        4.3.4 小波-频谱分析
        4.3.5 小波包-频谱分析
        4.3.6 解调分析
        4.3.7 不同阶段振动信号诊断结果对比分析
    4.4 实验转矩转速信号辅助分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢

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本文编号：2832304