基于多重分形与灰色模型的渐开线圆柱齿轮接触寿命预测

发布时间：2017-05-14 16:05

  本文关键词：基于多重分形与灰色模型的渐开线圆柱齿轮接触寿命预测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮是广泛应用于机械设备的传动零件,其运行状态决定着机械设备的稳定性。为保障机械设备稳定运行,确定维修时间,齿轮寿命预测一直是工程师及学者们的一个研究热点。传统的齿轮寿命预测方法多以疲劳累积损伤理论为基础,且需要精确的载荷谱及齿轮材料的S-N曲线。由于齿轮运转过程中,所受载荷是变化的,不易获得精确的载荷谱,此外,并非所有齿轮材料的S-N曲线均是已知的,通常选用与之相近的已知材料的S-N曲线作为参考,这两方面的原因导致传统方法在齿轮在线监测方面的应用受到一定限制。由于齿轮发生故障之初至最后失效均在齿轮振动信号中有所体现,因此,本文以试验台架上所采集的渐开线圆柱直齿轮的振动信号为基础,提出一种新的齿轮寿命预测方法。应用EEMD和多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法,提取表征齿轮健康状态的多重分形谱宽度,组成相应序列,用来训练灰色GM(1,1)预测模型,完成了齿轮接触疲劳剩余寿命预测。该方法既不需要精确的载荷谱又不需要材料的S-N曲线,对在线齿轮的剩余寿命预测具有一定的实用价值。论文首先建立了单对齿轮啮合振动模型,通过对模型分析,研究了齿轮振动机理。依据齿轮振动机理,分析了齿轮故障对振动信号的影响。针对齿轮振动信号的非线性和非平稳性,为削弱背景噪声干扰,在提取特征统计指标之前,选用EEMD对其进行预处理。对预处理完之后的齿轮振动信号,进行多重分形去趋势波动分析,提取对应的特征统计指标——多重分形谱宽度,以该指标作为表征齿轮健康状态变化的性能退化指标。最后,在机械式功率流封闭式结构的齿轮试验台架上进行渐开线圆柱直齿轮的接触疲劳寿命试验,等时间间隔采集齿轮箱的振动信号,基于EEMD和多重分形去趋势波动分析提取齿轮的特征统计指标,形成相应的特征统计指标序列,基于动态灰色GM(1,1)预测模型实现了齿轮接触疲劳剩余寿命预测,试验结果证明,本文所提出的基于振动信号的渐开线圆柱齿轮寿命预测方法具有可行性,为实现齿轮在线监测和齿轮传动系统寿命预测提供一种新方法。
【关键词】：渐开线圆柱齿轮 寿命预测 多重分形 灰色模型
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 齿轮寿命预测10-11
• 1.2.2 齿轮故障特征提取11-16
• 1.2.3 寿命预测模型16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 齿轮故障特征指标研究19-33
• 2.1 齿轮振动模型与机理分析19-24
• 2.2 振动信号分析方法24-29
• 2.3 振动信号常用的时域指标29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 分形理论与多重分形33-45
• 3.1 分形理论概述33-34
• 3.2 多重分形34-38
• 3.2.1 多重分形的定义34-36
• 3.2.2 多重分形谱的计算36-38
• 3.3 实例分析38-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 灰色预测模型的研究45-57
• 4.1 灰色理论概述45
• 4.2 灰色GM（1，1）模型的建模思想45-47
• 4.3 灰色GM（1，1）模型的建模步骤47-48
• 4.4 灰色GM（1，1）模型精度检验48-51
• 4.5 实例分析51-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 齿轮疲劳寿命试验57-79
• 5.1 齿轮试验台架与试验测试系统57-62
• 5.1.1 齿轮试验台架原理57-59
• 5.1.2 试验测试系统59-60
• 5.1.3 试验测点布置60-62
• 5.2 齿轮疲劳寿命试验62-66
• 5.2.1 试验齿轮62-63
• 5.2.2 试验齿轮的安装方式及失效判定准则63-64
• 5.2.3 试验过程64-66
• 5.3 齿轮振动信号特征指标提取66-75
• 5.3.1 振动信号时域分析66-71
• 5.3.2 基于EEMD的振动信号前处理71-73
• 5.3.3 多重分形参数提取73-75
• 5.4 齿轮疲劳寿命预测75-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的项目89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张骏温,赵永祥,陈常嘉;因特网业务量多重分形性的本质及其成因研究[J];铁道学报;2001年02期

2 徐岩;刘付程;朱佳媚;;连云港市大气污染物浓度变化的多重分形分析[J];淮海工学院学报(自然科学版);2011年01期

3 李国宾;段树林;于洪亮;关德林;;发动机振动信号特征参数的多重分形研究[J];内燃机学报;2008年01期

4 杨妮;谢赤;孙柏;张媛媛;丁晖;;汇率时间序列多重分形特征分析及实证研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2008年08期

5 徐静;;我国股票市场的多重分形特征及其与风险的关系研究[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2011年01期

6 黄海英,黄建波,李志尊;多重分形在旋转机械故障诊断中的应用[J];现代制造工程;2004年09期

7 郭鹏程;孙龙刚;李辉;袁江霞;;多重分形及其改进算法研究[J];西安理工大学学报;2014年02期

8 周越,杨杰;基于多重分形模型的非高斯信号建模[J];上海交通大学学报;2002年04期

9 袁平平;于建玲;商朋见;;股市时间序列的多重分形消除趋势分析[J];北京交通大学学报;2007年06期

10 谢和平,王金安;岩石节理(断裂)表面的多重分形性质[J];力学学报;1998年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 宁新宝;王俊;;生理信号中的多重分形[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

2 谢淑云;鲍征宇;;地球化学场的分形与多重分形特征[A];中国矿物岩石地球化学学会第九届学术年会论文摘要集[C];2003年

3 林勇;赵国庆;喻祖国;;多重分形分析在经济中的应用[A];2002年中国管理科学学术会议论文集[C];2002年

4 那木吉拉;陈志军;;戈壁覆盖区遥感信息提取阈值确定的多重分形方法探讨[A];第十二届全国数学地质与地学信息学术研讨会论文集[C];2013年

5 谢平;刘彬;王霄;林洪彬;;多重分形熵及其在非平稳信号分析中的应用研究[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年

6 郑婷婷;毛军军;吴涛;宋杰;;多重分形和商空间理论在蛋白质结构类分析中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

7 蒋志强;周炜星;;中国证券市场的多重分形特征[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年

8 吴飞;王翠香;;随机数的几种产生方法及其在多重分形模型中的应用研究[A];中国地球物理第二十一届年会论文集[C];2005年

9 曹广喜;史安娜;;上海股市收益的多重分形特征的实证研究:一种新的MFDFA方法[A];第八届中国管理科学学术年会论文集[C];2006年

10 张颖;路影;;时尚商品价格时间序列的多重分形分析[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 倪黄晶;人脑磁共振数据的多重分形研究[D];南京大学;2015年

2 谢淑云;地球化学场的分形与多重分形特征[D];中国地质大学;2003年

3 苑宝;多重分形理论及其在中国股票市场中的应用研究[D];东北大学;2007年

4 李大辉;网络视频流量的多重分形建模与多步预测研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 王访;作物诊断的叶片图像多重分形方法与建模[D];湖南农业大学;2013年

6 陈洪涛;石油期货市场多重分形特征及相关问题研究[D];南京航空航天大学;2009年

7 高歆;基于小波变换的二维地球化学景观多重分形建模[D];中国地质大学（北京）;2010年

8 于雷;基于多重分形频谱技术的木材CT检测及其三维结构重建[D];东北林业大学;2010年

9 陈存;材料压缩变形中的数学问题研究[D];郑州大学;2015年

10 王升辉;IP网络业务流量多重分形建模和预测研究[D];北京交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邓强强;基于Agent的股市建模与市场分形特征研究[D];南京信息工程大学;2015年

2 韩彦;中国境内外股市间的多重分形交叉相关性研究[D];南京信息工程大学;2015年

3 郭凌俐;黄土区露天煤矿排土场重构土壤孔隙分布的多重分形表征[D];中国地质大学(北京);2015年

4 晋珊珊;高能重离子碰撞中多粒子产生的多重分形性质的研究[D];华中师范大学;2015年

5 王宇;基于多重分形理论的黄土区露天煤矿排土场重构土壤特性空间变异研究[D];中国地质大学(北京);2015年

6 张鹏;运动调制HRV信号的相关性与多重分形性分析[D];陕西师范大学;2015年

7 张晶;基于分形分析的金融时间序列复杂性研究[D];南京财经大学;2015年

8 陈长江;基于分形与分维的东亚地震时空特性分析[D];电子科技大学;2015年

9 袁洪伟;复杂网络多重分形特性存在性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

10 李亚兰;中国白银期货市场的多重分形分析[D];南京财经大学;2014年

  本文关键词：基于多重分形与灰色模型的渐开线圆柱齿轮接触寿命预测，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：365597