基于模态分析与信息熵的齿轮箱故障诊断研究

发布时间：2017-05-29 10:09

  本文关键词：基于模态分析与信息熵的齿轮箱故障诊断研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮箱作为传递动力的部件，在现代机械设备中是不可或缺的，因此，对齿轮箱的故障诊断研究有着极其重要意义。本文研究了齿轮箱的典型故障形式及振动机理，分析了齿轮箱振动信号的特征；研究了模态分析中的三类分析方法：计算模态分析、试验模态分析、工作模态分析，并运用工作模态分析技术进行了齿轮箱故障诊断的研究，针对工作模态分析中的变速振动信号，又引入了信息熵理论，提出了基于互功率谱的熵值计算，对比识别达到故障诊断目的。 首先，搭建了基于JZQ-250型齿轮箱的实验平台，根据实验要求选择了实验仪器，人为设置多种故障，制定了实验方案。通过UG和ANSYS对齿轮箱进行了实体建模及有限元分析；运用PolyMAX法对齿轮箱的频响函数进行了模态参数识别，得到试验模态分析结果。综合两种分析结果并结合测点布置相关理论，根据模态振型对实验测点进行了布置。对定转速和增速的齿轮箱振动信号进行了采集。 其次，研究了齿轮箱工作模态分析方法，用多参考互功率谱矩阵代替频响函数矩阵，通过Op.PolyMAX法来识别系统的极点。运用这种方法分别对正常与故障齿轮箱进行匀速和变速振动信号分析，识别出模态频率及振型，对比工作模态分析结果，找出差别，实现故障的提取。其中，对变速振动信号分析中，研究了齿轮箱振动信号的谐波成分并进行了谐波剔除处理。 最后，研究了信息熵理论，，提出了基于互功率谱的熵值计算，针对齿轮箱不同工况下得到的SUM互功率谱进行信息熵值的计算，并综合振动信号的奇异谱熵和功率谱熵，用神经网络进行识别，达到故障诊断目的。
【关键词】：齿轮箱 测点布置 变工况 工作模态分析 信息熵 故障诊断
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH165.3;TH132.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文研究的背景及意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 选题意义9-10
• 1.2 机械故障诊断的发展10-11
• 1.3 齿轮箱故障诊断的研究现状与发展趋势11-13
• 1.4 模态分析理论的研究现状与发展趋势13-14
• 1.5 信息熵理论的研究现状和发展趋势14-15
• 1.6 本文的研究内容15-17
• 第二章 齿轮箱故障诊断实验及测点优化配置17-45
• 2.1 齿轮箱故障诊断实验台18-19
• 2.2 实验的故障设置19-24
• 2.2.1 齿轮失效形式及振动特征分析19-21
• 2.2.2 滚动轴承失效形式及振动特征分析21-23
• 2.2.3 齿轮箱齿轮及轴承故障设置23-24
• 2.3 实验测试仪器24-26
• 2.3.1 传感器的选择24-25
• 2.3.2 采集分析仪的选择25-26
• 2.4 工作模态分析实验测点的优化配置26-43
• 2.4.1 齿轮箱的有限元建模与计算模态分析26-30
• 2.4.2 齿轮箱的试验模态分析30-39
• 2.4.3 计算模态与试验模态分析结果对比39-40
• 2.4.4 试验传感器测点的选择40-43
• 2.5 试验信号的采集43-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第三章 基于工作模态分析的齿轮箱故障诊断研究45-72
• 3.1 测点及参考点的选择45-47
• 3.2 齿轮箱匀速转动的工作模态分析47-57
• 3.2.1 正常齿轮箱匀速转动的工作模态分析47-51
• 3.2.2 故障齿轮箱匀速转动的工作模态分析51-55
• 3.2.3. 对比分析55-57
• 3.3 齿轮箱变速转动的工作模态分析57-71
• 3.3.1 齿轮箱振动信号谐波分析57-60
• 3.3.2 振动响应信号的预处理60-67
• 3.3.3 变转速正常与故障齿轮箱工作模态的对比分析67-71
• 3.4 本章小结71-72
• 第四章 基于信息熵理论的齿轮箱故障诊断研究72-86
• 4.1 信息的定量描述方法—信息熵72-74
• 4.2 振动信号时域的信息熵特征74-78
• 4.2.1 时域信号的奇异谱熵特征提取法74-75
• 4.2.2 齿轮箱信号中奇异谱熵值的计算75-78
• 4.3 振动信号频域的信息熵特征78-82
• 4.3.1 基于功率谱的信息熵特征提取方法79
• 4.3.2 齿轮箱信号中功率谱熵的计算79-81
• 4.3.3 基于互功率谱的信息熵特征提取方法81
• 4.3.4 齿轮箱信号中互功率谱熵值的计算81-82
• 4.4 故障种类的识别82-85
• 4.5 本章小结85-86
• 总结与展望86-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文93-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：404677