行星齿轮传动系统轮齿裂纹动态特征提取方法研究
发布时间：2021-10-25 16:01
行星齿轮因其结构紧凑、传动比大,被应用于采煤机的截割部和牵引部。采煤机服役于低速、交变、重载工况,加之润滑不足等问题,常常导致截割部行星轮系发生故障,直接影响采煤效率。采煤机行星轮系断齿等严重故障均由早期的齿根裂纹发展而来,故对行星轮系中轮齿裂纹故障进行准确识别是保障其可靠运行的关键。但是,由于采煤机行星轮系常处于低转速非平稳运行工况,其振动信号具有频率低、能量弱和背景噪声强等特点,导致行星轮系轮齿裂纹故障诊断面临极大挑战。本文针对采煤机截割部行星轮系故障特征提取难题,深入研究不同尺度轮齿裂纹对行星轮系动态响应的影响规律,建立一种沿裂纹深度和宽度同时扩展的轮齿裂纹模型。针对行星轮系纯刚体模型在仿真过程中难以准确反应行星轮系的故障特征问题,兼顾模型计算效率,将行星轮系中含有裂纹故障的太阳轮进行柔性化处理,构建行星轮系的刚柔耦合模型,以此求解行星轮系的动态响应,为轮齿裂纹快速诊断提供了高效的理论分析方法。针对采煤机行星轮系裂纹早期故障微弱和振动信号非平稳问题,利用变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）的非递归特性以及分数阶傅里叶变换（Fract...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 行星轮系故障诊断国内外研究现状
1.2.1 故障机理研究
1.2.2 微弱振动信号的特征提取研究
1.2.3 故障诊断系统开发
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 行星轮系轮齿裂纹故障机理研究
2.1 采煤机行星轮系故障机理分析
2.2 行星轮系三维动力学分析模型构建
2.2.1 三维实体模型构建
2.2.2 太阳轮轮齿裂纹模型构建
2.2.3 行星轮系刚柔耦合模型构建
2.3 轮齿裂纹激励的行星轮系三维动力学分析
2.3.1 动力学模型及分析方法可行性检验
2.3.2 太阳轮轮齿裂纹故障特征分析
2.4 本章小结
3 行星轮系轮齿裂纹故障振动特征提取方法
3.1 变分模态分解方法
3.1.1 变分模态分解基本理论
3.1.2 变分模态分解的解析信号验证
3.2 分数阶傅里叶变换方法
3.2.1 分数阶傅里叶变换原理
3.2.2 分数阶傅里叶变换主要性质
3.3 FRFT-VMD特征提取方法
3.4 动力学仿真信号分析
3.4.1 基于VMD的仿真结果分析
3.4.2 基于FRFT-VMD的仿真结果分析
3.5 本章小结
4 基于振动信号的故障诊断系统开发
4.1 故障诊断系统总体设计
4.1.1 系统需求分析
4.1.2 系统总体功能设计
4.2 故障诊断系统模块开发
4.2.1 信号处理模块
4.2.2 故障诊断模块
4.2.3 辅助模块设计
4.3 故障诊断系统功能验证
4.3.1 信号分析及处理功能验证
4.3.2 故障诊断功能验证
4.4 本章小结
5 行星轮系轮齿裂纹故障诊断试验研究
5.1 试验系统开发
5.1.1 故障模拟平台搭建
5.1.2 监测系统搭建
5.1.3 故障设置方案
5.2 试验结果分析
5.2.1 振动信号分析
5.2.2 故障诊断系统试验
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井主通风机振动在线监测与故障诊断系统[J]. 杨一晴,马宏伟,樊红卫,张超,张勇强,韩磊. 煤矿机械. 2019(12)
[2]煤矿旋转机械在线故障诊断及预警系统设计[J]. 杨一晴,马宏伟,樊红卫,张旭辉,张超,韩磊. 工矿自动化. 2019(10)
[3]一种转子振动故障诊断及预警的虚拟仪器系统开发与验证[J]. 樊红卫,杨一晴,马宏伟,张超. 机械设计与制造. 2019(06)
[4]变分模态分解在齿轮故障特征提取中的应用[J]. 王宏民,刘洪超,薛萍. 东北林业大学学报. 2019(08)
[5]冲击载荷作用下减速器行星齿轮传动系统振动特性研究[J]. 李亦轩,王巍,张明. 机床与液压. 2018(23)
[6]基于有限元的行星减速器参数化动力学建模[J]. 迟壮,王伟. 中国民航大学学报. 2018(05)
[7]基于噪声信号小波包分析的动力设备故障智能诊断[J]. 张松涛,吉哲,吕飞. 机电技术. 2018(03)
[8]直齿行星齿轮动力学建模与分析研究[J]. 潘博,孙京,于登云,胡华君. 动力学与控制学报. 2018(02)
[9]基于变分模态分解的机械故障诊断方法研究[J]. 李志农,朱明. 兵工学报. 2017(03)
[10]《煤炭工业发展“十三五”规划》印发[J]. 梅文. 煤炭加工与综合利用. 2017(01)
博士论文
[1]含裂纹故障的齿轮系统动力学特性研究及其故障特征分析[D]. 王旭.昆明理工大学 2017
硕士论文
[1]典型工况下电牵引采煤机截割部动力学分析[D]. 李磊.太原理工大学 2018
[2]两级行星齿轮裂纹故障动力学建模与动态特性研究[D]. 陈诚.电子科技大学 2017
[3]行星齿轮点蚀故障刚度计算方法研究及动力学建模[D]. 程鹏.电子科技大学 2016
[4]齿轮箱状态监测与故障诊断系统的研究[D]. 刘楠春.华北水利水电大学 2016
[5]基于变分模态分解的故障诊断方法研究[D]. 王振威.燕山大学 2015
[6]煤矿设备诊断预警系统设计与实现[D]. 马培赓.北京工业大学 2013
[7]风电机组状态监测与故障诊断系统的设计与实现[D]. 张彦创.吉林大学 2013
[8]基于虚拟仪器的齿轮箱故障诊断的试验平台开发[D]. 葛爽.华南理工大学 2013
[9]采煤机故障诊断与故障预测研究[D]. 彭学前.南京理工大学 2013
[10]电牵引采煤机截割部摇臂动力学特性分析及优化[D]. 刘群.太原理工大学 2012
本文编号：3457735
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 行星轮系故障诊断国内外研究现状
1.2.1 故障机理研究
1.2.2 微弱振动信号的特征提取研究
1.2.3 故障诊断系统开发
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 行星轮系轮齿裂纹故障机理研究
2.1 采煤机行星轮系故障机理分析
2.2 行星轮系三维动力学分析模型构建
2.2.1 三维实体模型构建
2.2.2 太阳轮轮齿裂纹模型构建
2.2.3 行星轮系刚柔耦合模型构建
2.3 轮齿裂纹激励的行星轮系三维动力学分析
2.3.1 动力学模型及分析方法可行性检验
2.3.2 太阳轮轮齿裂纹故障特征分析
2.4 本章小结
3 行星轮系轮齿裂纹故障振动特征提取方法
3.1 变分模态分解方法
3.1.1 变分模态分解基本理论
3.1.2 变分模态分解的解析信号验证
3.2 分数阶傅里叶变换方法
3.2.1 分数阶傅里叶变换原理
3.2.2 分数阶傅里叶变换主要性质
3.3 FRFT-VMD特征提取方法
3.4 动力学仿真信号分析
3.4.1 基于VMD的仿真结果分析
3.4.2 基于FRFT-VMD的仿真结果分析
3.5 本章小结
4 基于振动信号的故障诊断系统开发
4.1 故障诊断系统总体设计
4.1.1 系统需求分析
4.1.2 系统总体功能设计
4.2 故障诊断系统模块开发
4.2.1 信号处理模块
4.2.2 故障诊断模块
4.2.3 辅助模块设计
4.3 故障诊断系统功能验证
4.3.1 信号分析及处理功能验证
4.3.2 故障诊断功能验证
4.4 本章小结
5 行星轮系轮齿裂纹故障诊断试验研究
5.1 试验系统开发
5.1.1 故障模拟平台搭建
5.1.2 监测系统搭建
5.1.3 故障设置方案
5.2 试验结果分析
5.2.1 振动信号分析
5.2.2 故障诊断系统试验
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井主通风机振动在线监测与故障诊断系统[J]. 杨一晴,马宏伟,樊红卫,张超,张勇强,韩磊. 煤矿机械. 2019(12)
[2]煤矿旋转机械在线故障诊断及预警系统设计[J]. 杨一晴,马宏伟,樊红卫,张旭辉,张超,韩磊. 工矿自动化. 2019(10)
[3]一种转子振动故障诊断及预警的虚拟仪器系统开发与验证[J]. 樊红卫,杨一晴,马宏伟,张超. 机械设计与制造. 2019(06)
[4]变分模态分解在齿轮故障特征提取中的应用[J]. 王宏民,刘洪超,薛萍. 东北林业大学学报. 2019(08)
[5]冲击载荷作用下减速器行星齿轮传动系统振动特性研究[J]. 李亦轩,王巍,张明. 机床与液压. 2018(23)
[6]基于有限元的行星减速器参数化动力学建模[J]. 迟壮,王伟. 中国民航大学学报. 2018(05)
[7]基于噪声信号小波包分析的动力设备故障智能诊断[J]. 张松涛,吉哲,吕飞. 机电技术. 2018(03)
[8]直齿行星齿轮动力学建模与分析研究[J]. 潘博,孙京,于登云,胡华君. 动力学与控制学报. 2018(02)
[9]基于变分模态分解的机械故障诊断方法研究[J]. 李志农,朱明. 兵工学报. 2017(03)
[10]《煤炭工业发展“十三五”规划》印发[J]. 梅文. 煤炭加工与综合利用. 2017(01)
博士论文
[1]含裂纹故障的齿轮系统动力学特性研究及其故障特征分析[D]. 王旭.昆明理工大学 2017
硕士论文
[1]典型工况下电牵引采煤机截割部动力学分析[D]. 李磊.太原理工大学 2018
[2]两级行星齿轮裂纹故障动力学建模与动态特性研究[D]. 陈诚.电子科技大学 2017
[3]行星齿轮点蚀故障刚度计算方法研究及动力学建模[D]. 程鹏.电子科技大学 2016
[4]齿轮箱状态监测与故障诊断系统的研究[D]. 刘楠春.华北水利水电大学 2016
[5]基于变分模态分解的故障诊断方法研究[D]. 王振威.燕山大学 2015
[6]煤矿设备诊断预警系统设计与实现[D]. 马培赓.北京工业大学 2013
[7]风电机组状态监测与故障诊断系统的设计与实现[D]. 张彦创.吉林大学 2013
[8]基于虚拟仪器的齿轮箱故障诊断的试验平台开发[D]. 葛爽.华南理工大学 2013
[9]采煤机故障诊断与故障预测研究[D]. 彭学前.南京理工大学 2013
[10]电牵引采煤机截割部摇臂动力学特性分析及优化[D]. 刘群.太原理工大学 2012
本文编号：3457735
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