基于MCSA的齿轮故障诊断技术研究

发布时间：2017-04-28 15:21

  本文关键词：基于MCSA的齿轮故障诊断技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动机构精准可靠,传递的速度和功率范围较大,得到广泛的应用。齿轮故障诊断对减少工业事故引发的经济损失和人员伤亡具有重要的意义。传统的齿轮故障诊断方法,如振动诊断法需要安装额外的振动传感器且受环境及噪声的影响较大。基于电机电流特征分析(Motor Current Signature Analysis,MCSA)的齿轮故障诊断技术以电机定子电流为切入点,从电气的角度对齿轮故障进行诊断,属于无创检测,不会对系统造成干扰。本文建立了齿轮传动系统的双惯量模型,对基于MCSA的齿轮故障诊断机理进行了理论推导,依据双惯量模型在MATLAB中对理论推导进行仿真验证。接下来本文分别以FFT,小波变换,经验模态分解作为主要的信号处理方法从实验采集到的电机定子电流中提取故障特征,诊断齿轮故障。首先采用FFT分析作为故障特征的提取方法,FFT在保证足够长的采样时间下能有效诊断出齿轮故障。随后本文研究了电机转速和负载对故障诊断的影响,得出FFT提取故障特征的能力随着电机转速的升高而降低,随着负载的增大而提高,整体上呈现负载越大转速越低越有利于诊断出故障的规律。对FFT的局限进行阐述后本文引出了小波分析,小波分析通过小波变换实现,小波变换最大的特点是多分辨率分析。将小波变换分别与FFT分析和包络谱分析相结合进行故障诊断,实验结果表明在FFT失效的情况下小波分析仍能消除负载及转速的影响,有效诊断出齿轮故障,扩大齿轮故障诊断的适用范围。而且小波变换结合包络谱分析提取的故障特征频率更明显。最后引入经验模态分解,经验模态分解相比小波变换最大特点是分解过程是自适应的,不需要提前选择基函数。在简要阐述经验模态分解的理论后,首先用经验模态分解对电流进行分解,对分解所得的固有模态函数进行包络谱分析成功诊断出了齿轮故障。然后利用小波变换具有滤波器的特性,对电机电流信号首先进行小波变换,选取小波变换后的细节信号作为下一步经验模态分解的对象,最后利用包络谱有效提取出了齿轮的故障特征,而且故障特征要比相同实验条件下本文涉及到的其他方法更加明显。
【关键词】：MCSA 电机电流 齿轮 故障诊断 小波 EMD
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-14
• 1.2.1 基于振动信号的齿轮故障诊断技术10-11
• 1.2.2 基于MCSA的齿轮故障诊断技术11-13
• 1.2.3 其他方法13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 故障诊断机理分析及仿真验证16-26
• 2.1 齿轮传动系统建模16-18
• 2.1.1 齿轮传动装置双惯量模型16-17
• 2.1.2 时变啮合刚度17-18
• 2.2 故障诊断机理分析18-22
• 2.2.1 负载转矩波动对电流的影响18-21
• 2.2.2 齿轮在完好状态时的电机电流特征21
• 2.2.3 齿轮在故障状态时的电机电流特征21-22
• 2.3 仿真验证22-25
• 2.3.1 齿轮在完好状态时的仿真23-24
• 2.3.2 齿轮在故障状态时的仿真24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 基于FFT的故障特征提取26-35
• 3.1 实验平台26-28
• 3.2 与仿真相对应的实验结果28-29
• 3.3 不同负载对故障诊断效果的影响29-30
• 3.4 不同转速对故障诊断效果的影响30-32
• 3.5 FFT的局限32-34
• 3.5.1 有限的故障诊断范围32
• 3.5.2 相互矛盾的时间分辨率与频率分辨率32-33
• 3.5.3 非稳态下故障诊断失效33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 基于小波分析的故障特征提取35-47
• 4.1 小波变换相关理论35-36
• 4.2 小波变换结合FFT分析36-39
• 4.3 小波变换结合包络谱分析39-45
• 4.4 小波变换的局限45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 基于经验模态分解的故障特征提取47-56
• 5.1 经验模态分解理论47-48
• 5.2 EMD结合包络谱分析48-52
• 5.3 EMD结合小波变换分析52-54
• 5.4 EMD的局限54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曾作钦;赵学智;;啮合刚度及啮合阻尼对齿轮振动影响的研究[J];机床与液压;2010年05期

2 陈峙;王铁;谷丰收;MANSAF Haram;ANDREW Ball;;基于电动机电流信号双谱分析的齿轮传动故障诊断[J];机械工程学报;2012年21期

  本文关键词：基于MCSA的齿轮故障诊断技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：333089