齿轮与滚动轴承故障诊断方法的研究及专家系统的建立

发布时间：2020-08-09 02:34

【摘要】： 目前，振动信号分析技术仍是齿轮与轴承状态监测与故障诊断的主要手段，已经形成了比较完备的理论与技术体系，但是在实际应用中，与齿轮、轴承相关的振动信号常常被机器的结构振动信号和干扰噪声所污染，特别是早期故障信号往往十分微弱，信噪比低，这使得已有方法的性能受到了很大影响，虚警率高，大大限制了其在实际中的应用。为此，本文建立了齿轮、滚动轴承故障诊断的试验装置，用于模拟齿轮、轴承故障，旨在研究齿轮、轴承故障诊断方法的应用，从而为多方法、多参量综合应用的齿轮、轴承故障诊断系统的实现提供了一定的参考价值。本文首先对齿轮和轴承的振动机理以及各种激励因素对振动信号的影响进行了详细研究，并分析了由于齿轮、轴承故障的存在所引起的冲击对振动信号产生的调制作用。以此为基础探讨了用于齿轮、轴承故障诊断的频谱技术、共振解调技术、小波分析技术的理论基础。重点研究了小波分析技术用于齿轮、轴承故障诊断的理论基础，并举例说明了小波分析在分析信号奇异性位置、信号消噪、识别在含噪信号中有用信号的发展趋势、普通信号分析中的应用，从小波分析的理论基础和在故障诊断中的应用两个方面揭示了小波分析在故障诊断方面和其它诊断方法相比其独特的优越性。其次，在了解了齿轮、轴承振动机理及诊断方法的基础上，通过建立齿轮、轴承故障模拟试验装置，采集了实际齿轮、轴承故障信号，分别采用频谱分析技术、共振解调技术、小波分析技术对齿轮、轴承故障信号进行分析，成功提取了齿轮、轴承故障特征，并通过实践证明：与传统的傅立叶变换相比，小波分析技术、共振解调技术更好的解决了由于实际的齿轮、轴承噪声大，振动信号的信噪比低，难以获得微弱故障特征的问题，为提取齿轮、轴承早期故障特征提供了有效的分析手段。最后，基于齿轮、轴承故障诊断方法及大量实验数据，结合齿轮、轴承的故障判据，研究并分别建立了适应与齿轮、轴承各自故障诊断特点的齿轮、轴承故障诊断专家系统。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH165.3;TH132.41;TH133.33
【图文】：

齿轮故障,模拟试验台,齿轮

了应用小波分析对齿轮、滚动轴承振动信号进行消噪和特征提取的可行性和有效性。(4)分别建立了齿轮、滚动轴承故障模拟实验台(如图1.2、1.3)，利用小波变换对实验台实际振动信号进行了消噪和分解，很好的提取出了故障特征，在基于齿轮、滚动轴承故障诊断方法及大量实验数据的基础上，分别探讨了适应与齿轮、滚动轴承各自故障诊断特点的齿轮、滚动轴承故障诊断专家系统的建立。

共振解调技术,滚动轴承故障诊断,模拟试验台,频谱分析

硕士学位论文图1.2齿轮故障模拟试验台图1，3滚动轴承故障模拟试验台(5)对用于齿轮、滚动轴承故障诊断的频谱分析技术、共振解调技术、小波分析技术从基础理论和实际应用两个方面研究了各自在齿轮、滚动轴承故障诊断方面的应用，对比分析了针对不同故障信号各方法的优缺点及其相互关系。本课题希望在完成上述的理论分析、仿真分析、试验分析这些研究工作后，能够为小波分析技术和共振解调技术以及专家系统在对齿轮、滚动轴承的故障诊断的工业应用提供一定理论参考和实施手段。

谱图,齿轮,对边,频带

(b)分布缺陷图2.2齿轮缺陷形式对边频带的影响‘图2.2给出了齿轮由于集中缺陷和分布缺陷所产生的边频的区别，其中图2.2(a)为齿轮上某一轮齿存在局部缺陷时的振动波形和频谱，这时相当于齿轮的振动受到一个短脉冲的调制，脉冲的长度等于齿轮的啮合周期兀二1/fz。齿轮每转一周，脉冲就重复一次。由于脉冲可以分解为许多正弦分量之和，因此在谱图上形成以载波频率fz，Zfz，3fz，等等为中心的一系列边频。这些边频数量多、范围宽、幅值小、分布均匀且变化平缓

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