齿轮箱故障源信号分析方法及系统研究
发布时间：2020-08-02 21:38
【摘要】： 齿轮箱作为一种传动设备在各种机械设备中广泛应用，对其进行故障诊断，保证设备正常运行具有重要的实际意义。振动诊断法是故障诊断的主要方法，但由于齿轮箱内振动传递复杂，难以获得故障本底振源，造成了齿轮箱故障诊断的困难。本论文结合自然科学基金青年基金项目(编号：50205025)和国家自然科学基金(编号：50675194)，通过与时域ICA和频域ICA方法的比较，研究基于小波包的独立分量分析方法获取齿轮箱故障源的方法，并在LabVIEW环境下结合MATLAB开发了相应的信号分析系统，最后设计构建了多源振动实验台，进行了实验研究。论文的主要研究内容和相关章节如下： 第一章论述了齿轮箱故障诊断的重要意义，介绍了齿轮箱故障诊断的方法与技术。从时域、频域、现代信号处理的角度讨论了齿轮箱振动信号处理方法，并综述了小波和独立分量分析技术在齿轮箱故障诊断领域中的研究现状。最后给出了本文主要研究内容、技术路线和总体结构。 第二章分析了齿轮箱振动产生和传播的机理，给出了齿轮振动模型。研究了齿轮箱故障的振动模型，分析了齿轮箱故障振动信号的调制、混叠特点，为故障源分离算法的正确选择提供了依据，说明了基于小波包的ICA理论应用于齿轮箱故障源信号分离的适用性。分析整理了啮合齿轮的裂纹、点蚀等典型故障的振动信号特征，为故障特征提取和故障诊断提供了依据。 第三章介绍了小波的多分辨率分析和小波包的分解和重构理论，探讨了小波包分解排序的Gray编码排序，通过仿真信号验证，给出了本文采用的排序；给出了一种基于小波包分解和重构的齿轮箱振动信号特征提取方法，并进行了仿真研究，探讨和分析了小波包分解和重构产生的杂频现象，得出杂频与小波函数的选取和采样频率的确定相关的结论。 第四章介绍了ICA的基本理论和算法；引入了高阶ICA(HOS)和二阶ICA(SOS)两类主流算法，仿真研究了不同信号特征下各种算法的优缺点。针对齿轮箱振动信号的瞬时混叠和卷积混叠，对瞬时混叠，提出了用小波包预处理提取特征频段再进行源分离的方法(小波包时域ICA)；对卷积混叠，提出了在小波包预处理后转换到频域进行源分离的方法(小波包频域ICA)。通过与时域ICA，频域ICA相比，表明了基于小波包的ICA算法的可行性和有效性。 第五章构建了基于小波包的ICA分析为主多种信号处理方法相结合的齿轮箱故障源信号分析系统，提出了系统的总体设计和总体结构框架；介绍了采用的开发工具MATLAB，LabVIEW，探讨了两者接口的结合方法——COM组件技术；实现了基于COM组件技术的ICA算法和基于LabVIEW的小波包分解和重构算法。 第六章针对齿轮箱振动故障诊断的要求，设计构建了故障仿真模拟系统，包括了齿轮箱多源模拟振动实验台、速度控制系统、实验数据采集系统等。在实验台上对大小电机、电机齿轮箱等不同情况进行了实验模拟，用时域ICA，频域ICA，小波包时域ICA，小波包频域ICA实现对实验数据的分析，验证了各类ICA算法的有效性，并发现基于小波包的ICA方法可以突出特征频段，提高了分析的精度和准确性，增加源分离的可能性。 第七章总结与展望。对本文的工作进行了回顾与总结，并对下一步工作提出了一些初步的设想。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH132.41
【图文】：
气，{武t一n)，n02}构成气空间气一二an{必(，一n)}，(必(，一j)，必(‘一j’))一“(j一，数，一个多分辨率分析对应一个尺度函数析条件3和5可以得到，尺度函数成的空间必为代，即代={2一，‘2必(2，‘，‘成代空间的正交基·空间，信号x(t)按正交基{袱t一n)，n02}x(，)一艺co，*必(卜k)，气，*一(x(;)，必(卜k))的相互关系如图3一1所示:/一丁二二二二之
4、L[交基存在性:存在州O。找，笼州卜n)，，。Z}构成斌空间的一组正交基，即:城=二an{。(，一n)，，(梦(，一z)，梦(，一了l))=占(，一了’)(3一4)小波空间分解示意图如图3一2所示。图3一2小波空间分解示意图从图3一1和图3一2分析可以得到:小波空间是尺度空间+正交。另外根据小波空间条件2和4可以得到小波函数的二进伸缩和平移竹，*(t)=2一’‘’州2一，卜k)， k02构成的空间必为代即城=厦2一，‘，梦(2一，t一k)，koZ}。同时，{2一
浙江大学硕上学位论义齿轮和轴承仿真信号仿真信号由标准调制齿轮信号和轴承信号组成，终‘}’k;=3，k:一2;在频段中，调制频率即轴频为48.25Hz，轴承频率为21.69Hz，齿轮频率为1689HZ，按采样频率6000Hz计算，贝IJ最高频率为3o00Hz，各频段范围为:[0，375]，[375，750]，[750，11251，[1125，!500]，11500，1875]，[1875，2250]，[2250，2625]，[2625，3000]，从频段上看，所需要的频率落在第O频段和第4频段，根据3.3.2节所述，第4频段应为110频段，所以在查看时，主要杳看这两个频段的信号。图3一9(a)，图3一9(b)给出了在000频段上的时域信号和频谱分析结果，图3一10(a)，图3一10(b)给出了在110频段上的时域信号和频谱分析结果。
本文编号：2779101
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH132.41
【图文】：
气，{武t一n)，n02}构成气空间气一二an{必(，一n)}，(必(，一j)，必(‘一j’))一“(j一，数，一个多分辨率分析对应一个尺度函数析条件3和5可以得到，尺度函数成的空间必为代，即代={2一，‘2必(2，‘，‘成代空间的正交基·空间，信号x(t)按正交基{袱t一n)，n02}x(，)一艺co，*必(卜k)，气，*一(x(;)，必(卜k))的相互关系如图3一1所示:/一丁二二二二之
4、L[交基存在性:存在州O。找，笼州卜n)，，。Z}构成斌空间的一组正交基，即:城=二an{。(，一n)，，(梦(，一z)，梦(，一了l))=占(，一了’)(3一4)小波空间分解示意图如图3一2所示。图3一2小波空间分解示意图从图3一1和图3一2分析可以得到:小波空间是尺度空间+正交。另外根据小波空间条件2和4可以得到小波函数的二进伸缩和平移竹，*(t)=2一’‘’州2一，卜k)， k02构成的空间必为代即城=厦2一，‘，梦(2一，t一k)，koZ}。同时，{2一
浙江大学硕上学位论义齿轮和轴承仿真信号仿真信号由标准调制齿轮信号和轴承信号组成，终‘}’k;=3，k:一2;在频段中，调制频率即轴频为48.25Hz，轴承频率为21.69Hz，齿轮频率为1689HZ，按采样频率6000Hz计算，贝IJ最高频率为3o00Hz，各频段范围为:[0，375]，[375，750]，[750，11251，[1125，!500]，11500，1875]，[1875，2250]，[2250，2625]，[2625，3000]，从频段上看，所需要的频率落在第O频段和第4频段，根据3.3.2节所述，第4频段应为110频段，所以在查看时，主要杳看这两个频段的信号。图3一9(a)，图3一9(b)给出了在000频段上的时域信号和频谱分析结果，图3一10(a)，图3一10(b)给出了在110频段上的时域信号和频谱分析结果。
本文编号：2779101
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