基于振动信号分析的齿轮箱故障诊断仪的研究

发布时间：2019-09-06 12:16

【摘要】：齿轮箱是用于改变各种机械设备的运行转速及传递动力的常用传动部件,是机械设备中关键的零部件,也是容易产生故障的一个部件,对齿轮箱进行故障诊断诊断具有重要的实际意义。虚拟仪器技术基于软件取代硬件的思想,使用计算机软件算法来实现传统仪器仪表的功能,它是计算机技术与测试技术相结合的产物。本文将齿轮箱诊断技术与虚拟仪器技术相结合,采用齿轮箱的振动信号分析处理的方法,开发出简单实用的齿轮箱故障诊断仪。本文首先论述了当前齿轮箱故障诊断的技术背景及国内外发展的现状,明确本课题的研究目的和意义。然后从齿轮箱组成结构出发,从齿轮、滚动轴承及轴的振动机理上研究分析了各部件的主要故障模式以及各模式下振动信号的特征。本文第三章从时域、频域及时频域上对齿轮箱振动信号进行分析处理,在时域上介绍了时域特征参数及时域波形等对故障进行简易的故障诊断,在频域上介绍了幅值谱、细化谱及解调谱分析,在时频域上介绍了Gabor变换、小波分析及小波包分析等方法,根据故障信号的特征,选取有效的诊断方法,介绍了小波包分解频带能量监测在齿轮箱故障诊断中的应用,介绍了相位差频谱校正方法,用于故障诊断系统中来提高故障诊断的准确性。文章第四章以虚拟仪器为基础,介绍了故障诊断仪的设计开发过程,详细介绍了仪器的硬件系统,包括传感器的选择及测点位置的布置、信号调理器和数据采集卡的选型,而后分系统管理模块、数据采集模块、信号处理模块、数据管理模块及辅助功能模块等介绍软件主体部分的设计及开发,并进行实验验证开发设计的结果。最后,根据齿轮箱特点,开发出操作简单且实用的齿轮箱故障诊断仪,并通过实验对其进行验证,测试齿轮箱故障诊断仪的各部分功能,结果证明了该诊断仪能够诊断出齿轮箱的典型故障,表明了该齿轮箱诊断仪的可行性和有效性。
【图文】：

零件失效,齿轮箱,概率

齿轮箱中齿轮和轴经常工作在高载荷、高转速的情况下，容易发生故障，轴承也是故障率较高的一个零部件，图2.1是通过大量数据统计出齿轮箱各零部件的失效概率。由图上可以观察出，齿轮发生失效概率是60%，轴承在19%左右，轴约为10%[17]。齿轮、轴承及轴的失效概率占总概率的90%左右，因此，对齿轮箱的故障诊断主要是对这三个零部件进行诊断。图 2.1 齿轮箱各零件失效概率Fig 2.1Gearbox Failure Probability of each Parts由上图可以看出，在齿轮箱中最容易发生故障的部位是齿轮、轴承和轴，对这几个零部件振动机理和信号特征的研究有利于齿轮箱故障分析，以下分别进行阐述。2.2 齿轮的振动机理及故障特征分析不同的故障会引起不同的振动，因此齿轮的振动类型也是多样化，对于正常齿轮而言

齿轮啮合,物理模型,齿轮

理想齿轮在传动过程中节线冲击和啮合冲击组成的动载荷会引起啮合振动，这个啮合振动是齿轮传动过程中的动态特性，与齿轮是否具有缺陷无关。啮合齿轮的动力学模型如图2.2所示。图2.2 齿轮啮合物理模型Fig 2.2 Gear Meshing Physical Model根据图2.2所示的振动模型，可写出其动力学方程[19]为[ ]2 1MX&& + CX& + k (t ) x E (t ) = (T iT ) /R（2.1）式中：x为沿啮合线上齿轮的相对位移；C 为齿轮啮合阻尼；k (t )为啮合刚度；M 为齿轮副的等效质量（1 2 1 2M = m m /m + m）；E (t )为齿轮变形、误差和故障而造成的两齿轮在作用线方向上的相对位移；1 2T ,T 为作用在齿轮上的扭矩；R 为齿轮副的传动比。在润滑良好且齿面粗糙度较低的情况下，有2 1T iT≈ 0，考虑将 E (t )分解为两部分，即1 2E (t ) = E + E (t )（2.2）式中：1E 为齿轮受载后的平均静弹性变形；2E (t )为齿轮的误差和故障所造成的两个齿轮间的相对位移，故有时也称为
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH165.3

【引证文献】