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广义解调时频分析方法及其在齿轮故障诊断中的应用研究

作　者: 李宝庆
导　师: 程军圣
学　校: 湖南大学
专　业: 机械工程
关键词: 故障诊断广义解调 MODWPT 时频分析阶比分析齿轮
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 106次
引　用: 2次
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内容摘要

齿轮是传递运动和动力的通用零部件,在机械设备中得到了广泛的应用。许多情况下,齿轮故障是导致机械设备失效的主要原因,因此,对齿轮进行故障诊断具有重要意义。在齿轮故障诊断技术的研究内容中,故障特征分析处于核心地位,它通过对原始信号的分析和处理以提取故障特征信息从而为模式识别和故障诊断服务,因此需要选择合适的信号处理方法。广义解调时频分析方法是一种新的信号处理方法,它将时频分布是曲线的信号变换为时频分布是平行于时间坐标轴的直线的信号,然后采用最大重叠离散小波包变换(Maximal overlap discrete wavelet packet transform,简称MODWPT)对广义解调后的信号进行分解,得到若干个瞬时幅值和瞬时频率具有物理意义的单分量信号,经验证该方法在很多方面优于窗口傅里叶变换、小波变换、EMD(Empirical Mod Decomposition,简称EMD)方法等时频分析方法。广义解调时频分析方法非常适合于处理多分量的调幅调频信号,而当齿轮发生故障时,其振动信号多表现为多分量的调幅调频信号,因此,该方法适合于处理齿轮故障振动信号。本文主要完成了两个方面的研究：对广义解调时频分析方法理论研究和基于广义解调时频分析的齿轮故障诊断方法研究,主要研究工作和创新点如下：1、对相位函数的选择进行了研究,研究结果发现即使各个分量的时频分布曲线不是相互平行的多分量信号,只要广义解调后各个分量的时频分布曲线分布在不同的小波包时频空间的矩形块中,而且小波包时频空间的任何一个矩形时频块最多只包含一个分量,此时瞬时频率和瞬时幅值同样具有物理意义,仍然可以得到比较准确的结果。2、广义解调时频分析方法在多分量的调幅调频信号分解方面具有明显的优势,本文提出了改进的广义解调时频分析方法和多次广义解调时频分析方法并将两种方法应用于多分量信号的分解,仿真信号分析证明了两种方法的有效性。3、对于含有噪声的多分量信号,广义解调时频分析方法可以有效地提取原始信号中的主要频率成分。因此,广义解调时频分析方法可以应用于实际的工程信号分析和处理。4、提出了基于MODWPT的Hilbert谱方法并将其应用于齿轮故障诊断。仿真信号分析证明基于MODWPT的Hilbert谱方法明显优于基于EMD的Hilbert谱方法。实验结果分析显示基于MODWPT的Hilbert谱方法对稳定转速工况下故障齿轮振动信号的分析具有非常明显的优势。5、将广义解调时频分析方法和阶比分析技术相结合对转速变化工况下故障齿轮振动信号进行分析。从幅值调制的研究角度出发提出了基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法,从相位调制的研究角度出发提出了基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法。仿真信号分析和实验数据分析证明了两种方法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 齿轮故障诊断的意义  11-12
  1.2 齿轮故障诊断技术的发展概况  12-17
    1.2.1 故障机理研究  13
    1.2.2 故障特征提取分析  13-17
    1.2.3 故障的识别  17
  1.3 本文的主要内容与各章节安排  17-19
第2章齿轮的故障类型与振动机理  19-23
  2.1 齿轮的故障类型  19-20
  2.2 齿轮故障机理  20-21
  2.3 齿轮故障的频谱特征  21-22
    2.3.1 齿轮啮合频率调制现象  21-22
    2.3.2 齿轮固有频率调制现象  22
  2.4 本章小结  22-23
第3章广义解调时频分析方法理论及其在信号处理中的应用研究  23-48
  3.1 广义解调时频分析方法  23-33
    3.1.1 广义解调时频分析方法基本理论  23-27
    3.1.2 广义解调时频分析方法与其他时频分析方法的比较  27-28
    3.1.3 广义解调时频分析方法中相位函数的选择  28-31
    3.1.4 广义解调时频分析方法的应用范围  31-33
  3.2 基于广义解调时频分析的多分量信号分解方法  33-43
    3.2.1 改进的广义解调时频分析方法及其在多分量信号分解中的应用.  33-37
    3.2.2 基于多次广义解调的多分量信号分解方法  37-43
  3.3 基于广义解调的调频信号去噪方法  43-47
    3.3.1 基于广义解调的调频信号去噪方法步骤  43-44
    3.3.2 仿真信号分析  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章基于MODWPT的Hilbert谱及其在齿轮故障诊断中的应用  48-58
  4.1 基于MODWPT的Hilbert谱方法  48-53
  4.2 基于MODWPT的Hilbert谱在齿轮故障诊断中的应用  53-56
    4.2.1 齿轮故障实验方案  53-54
    4.2.2 齿轮故障实例分析  54-56
  4.3 本章小结  56-58
第5章基于广义解调时频分析的阶次谱方法及其在齿轮故障诊断中的应用  58-84
  5.1 阶比分析方法  58-63
    5.1.1 等角度重采样技术  58-59
    5.1.2 阶比分析  59-61
    5.1.3 仿真信号分析  61-63
  5.2 基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法及其在齿轮故障诊断中的应用  63-72
    5.2.1 基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法  63-65
    5.2.2 仿真信号分析  65-68
    5.2.3 齿轮故障实例分析  68-72
  5.3 基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法及其在齿轮故障诊断中的应用  72-82
    5.3.1 基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法  73-77
    5.3.2 仿真信号分析  77-80
    5.3.3 齿轮故障实例分析  80-82
  5.4 本章小结  82-84
结论  84-86
参考文献  86-90
致谢  90-91
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  91

广义解调时频分析方法及其在齿轮故障诊断中的应用研究

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