基于可拓模糊理论的齿轮箱故障诊断研究

发布时间：2017-10-05 15:19

  本文关键词：基于可拓模糊理论的齿轮箱故障诊断研究

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【摘要】：齿轮箱作为最常见的机械设备,在工业、农业、交通等各行业都有着广泛的使用空间。齿轮箱机械设备中必不可少的连接及传递动力机构,其工作状态直接关系到整个机械设备的运行状态,因此对齿轮箱的状态评价和故障诊断具有重要的意义。齿轮箱的振动信号中蕴藏着齿轮箱运行状态的大部分信息,当齿轮箱工作状态发生变化时,其振动信号也会发生改变。研究齿轮箱的振动特性,从中提取有效的信号并准确地分析出来,可以对齿轮箱进行状态监测和故障诊断,并采取有效措施排除故障,从而提高齿轮箱的使用安全性和可靠性,降低维修费用,减少不必要的损失。可拓理论是近年来迅速发展起来的一种用于解决矛盾问题的方法,其运用可拓物元模型定性地研究特征参数,同时采用可拓集合理论定量地确定特征参数的隶属程度,为解决故障问题的确定提供了一种形式化、模型化、定性和定量相结合的方法。可拓理论与模糊理论相结合可以很好的解决齿轮箱故障中的模糊性、不相容、矛盾的问题,最后通过实验验证了该方法的可行性和有效性。本文的主要研究工作如下:首先,本文简要介绍了齿轮箱的组成结构及其主要失效形式,分析了齿轮、滚动轴承的常见故障类型、故障振动信号特征及故障产生机理。其次,在了解齿轮箱的振动机理和状态评价的基础上,搭建齿轮箱的故障实验平台,分别对齿轮的正常状态、磨损状态和断齿状态进行模拟,对各种状态下的时域、频域的相关特征参数进行测取。最后,建立可拓模糊故障诊断模型,利用主成分分析法选取特征参数,对可拓模糊模型进行优化;利用熵权法对各特征指标权重进行客观地确定,定量地确定特征参数权重。根据实验进行模型的验证,结果证明该方法应用于齿轮箱故障诊断的可行性,从而为机械故障诊断提供了一种新的工具和方法。
【关键词】：齿轮箱 故障诊断 可拓模糊 主成分分析 熵权
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 齿轮箱故障诊断研究现状10-12
• 1.2.2 齿轮箱故障诊断技术概况12-13
• 1.2.3 可拓理论用于故障诊断的研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容和组织结构14-16
• 1.3.1 主要研究内容14
• 1.3.2 文章组织结构14-16
• 第2章 齿轮箱零部件常见失效形式及机理16-31
• 2.1 齿轮箱中零部件的常见失效形式16-18
• 2.1.1 齿轮的失效形式17
• 2.1.2 滚动轴承的失效形式17
• 2.1.3 轴的不平衡、不对中和弯曲17-18
• 2.2 齿轮的振动机理和失效特征分析18-22
• 2.2.1 齿轮振动机理分析18
• 2.2.2 齿轮的振动信号数学模型18-20
• 2.2.3 齿轮的典型故障频谱特征20-22
• 2.3 滚动轴承的振动机理和故障特征分析22-24
• 2.3.1 滚动轴承振动机理分析22-23
• 2.3.2 滚动轴承的振动信号模型23-24
• 2.4 齿轮箱振动信号的处理方法24-30
• 2.4.1 时域分析24-27
• 2.4.2 频域分析27-28
• 2.4.3 小波变换的噪声消除处理28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 可拓模糊模型的构建31-38
• 3.1 可拓基本物元理论31-35
• 3.1.1 物元模型31-32
• 3.1.2 物元的可拓性32-33
• 3.1.3 可拓集合理论33-34
• 3.1.4 关联函数34-35
• 3.2 可拓模糊模型的搭建35-37
• 3.2.1 可拓模糊模型搭建的意义35
• 3.2.2 机械系统的可拓模糊性35-37
• 3.2.3 可拓模糊诊断原理37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 基于PCA特征级融合及熵权的可拓模型优化38-46
• 4.1 齿轮箱故障诊断PCA特征指标融合38-40
• 4.1.1 主成分分析38
• 4.1.2 主成分分析的基本原理38-40
• 4.2 齿轮箱故障诊断的指标权重的确定40-42
• 4.2.1 指标权重的确定方法选择40-42
• 4.2.2 基于熵权法的指标权重确定42
• 4.3 可拓模糊故障诊断模型搭建42-45
• 4.3.1 特征参数指标选择43
• 4.3.2 特征参数权重的确定43
• 4.3.3 可拓模糊模型的判断矩阵建立43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 可拓模糊故障诊断模型的实例应用46-65
• 5.1 齿轮箱振动测试实验台的搭建46-47
• 5.2 数据采集系统的组成47-48
• 5.3 齿轮箱故障模拟实验方案48-51
• 5.3.1 齿轮故障模拟48-49
• 5.3.2 传感器的测点布置49-50
• 5.3.3 实验步骤50-51
• 5.4 齿轮振动信号的特征提取51-53
• 5.5 基于可拓模糊理论齿轮故障诊断53-64
• 5.5.1 特征参数的确定53-60
• 5.5.2 参数权重的确定60-61
• 5.5.3 用基于可拓模糊模型的齿轮故障诊断61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 总结和展望65-66
• 6.1 论文总结65
• 6.2 论文工作展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间取得学术成果70-71
• 附录71-72

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