经验小波变换在行星齿轮箱故障诊断中的应用研究

发布时间：2020-11-17 06:10

　　 行星齿轮箱是现代机械设备系统中重要的传动机构,因为它体积小、速比范围广、负载能力强、工作平稳等特点而被广泛的应用。而齿轮作为齿轮箱的核心部件在其中扮演者重要角色。正因如此,当齿轮箱内部齿轮发生故障的时候往往会导致整个传动系统的动力瘫痪,甚至对整个工业生产和操作人员人生安全造成重大影响。鉴于此,对行星齿轮箱齿轮进行故障诊断检测具有非常重要的意义。具体内容如下:相较于传统的数字信号处理算法,经验小波变换算法具有良好的自适应性,数学理论推导过程可靠、分解结果稳定、计算简单迅速等优势。鉴于此,本文提出了以振动信号传感器和新型的声发射信号传感器对不同种类的行星齿轮的采集数据为研究对象,利用经验小波变换算法在数字信号处理领域中的独特优势,设计并制作一套行星齿轮箱故障检测系统完成对行星齿轮箱故障检测和识别的方案。完成了整个数字采集系统的硬件设计,其中主要包括信号调理电路、模数转换器ADC配置电路、控制芯片和存储传输电路、以及系统电源电路设计。在此基础上,采用以FPGA+ARM为架构的芯片Zynq-7010完成了片上系统搭建和软件开发工作。在设计开发过程中涉及到PL部分逻辑系统设计和PS部分C语言程序开发。整个系统设计包含:ADC7903控制器模块、PL与PS通信模块、各类IP核的参数配置、以及DMA和以太网传输端口等部分设计。通过结合设计的检测系统与行星齿轮箱工作平台,进行了大量的数据采集、分析实验。在该实验中,采用了声发射和振动信号传感器分别对正常、断齿、裂纹行星齿轮在60rpm、180rpm、240rpm、300rpm转速下的运行数据进行了采集。最后运用经验小波变换算法对声发射信号和振动信号传感器所采集到的数据进行处理,提取出故障齿轮的故障特征参数,通过对处理后的声发射信号与振动信号数据相结合的方式,从实际上验证了经验小波变换算法在行星齿轮箱故障诊断中的可行性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

电子科技大学硕士学位论文第二章 行星齿轮箱故障机理和诊断原理研究2.1 行星齿轮箱的结构特点以及工作原理行星齿轮箱传动系统往往由一个太阳轮、多个行星齿轮和一个齿轮圈等部分组成。在行星齿轮箱传动系统中，常常可以通过固定不同的部件而选择不同的输入和输出方式。这是因为它们拥有独立的运转模式，行星轮可以绕行星轴自转，同时又绕太阳轮公转。太阳轮与行星轮是外啮合，二者反向旋转，行星轮与齿圈是内啮合，二者同向旋转，斜齿啮合方式常用在行星齿轮箱系统中，以便提高齿轮系统承载能力和工作的平稳性。

电子科技大学硕士学位论文量减小改误差，从而使齿形误差尽量小。星齿轮故障检测理论基础章节详细叙述了齿轮的故障机理和表现形式，接下来将要从理论方面探轮的故障检测方法。由第一章可知，当前行星齿轮箱无损检测领域中的是关于振动信号和关于声发射信号的故障信号检测技术，因此下一部分绍基于振动信号和声发射信号的故障检测技术。齿轮的振动机理与检测技术于齿轮间的啮合情况比较复杂，所以对齿轮啮合传动过程中的振动系统的建模往往比较困难。一般来说，一对啮合齿轮可以看作成一个具有质阻尼的振动系统，其模型如下所示：

在阶次分析法中，我们可以通过阶次重采样方式跟踪和分离故分析信号的阶次谱从而得出故障结论[39]。发射检测技术原理与声发射信号理论中局部区域应力集中，快速释放能量并产生瞬态弹性波的现象称为ustic Emission，简称 AE），有时也称为应力波发射[40]。声发射信号，一般在 1KHz-1MHz 之间。一般地，行星齿轮箱内部齿轮结构啮合声发射信号比较微弱常常需要借助灵敏度更高的设备来获取声发射此，将用灵敏度高的仪器设备采集声发射信号和通过采集的声发射推断被测源的技术称为声发射技术[41]。声发射技术检测行星齿轮箱的原理如下图所示，行星齿轮箱内部齿产生的弹性波声发射信号传播到达传感器材料的表面，从而引起声面产生移动，然后由传感器将机械振动转换为电信号，最后再被放理和记录。人们再对声发射信号处理从中提取特征参数，最后通过参数推断行星齿轮箱内部齿轮的运行状况。
【参考文献】

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本文编号：2887172