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基于振动信号分析的齿轮箱故障诊断仪的研究

作　者: 彭春阳
导　师: 柏林
学　校: 重庆大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 虚拟仪器齿轮箱振动信号分析故障诊断小波包分析
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 166次
引　用: 2次
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内容摘要

齿轮箱是用于改变各种机械设备的运行转速及传递动力的常用传动部件,是机械设备中关键的零部件,也是容易产生故障的一个部件,对齿轮箱进行故障诊断诊断具有重要的实际意义。虚拟仪器技术基于软件取代硬件的思想,使用计算机软件算法来实现传统仪器仪表的功能,它是计算机技术与测试技术相结合的产物。本文将齿轮箱诊断技术与虚拟仪器技术相结合,采用齿轮箱的振动信号分析处理的方法,开发出简单实用的齿轮箱故障诊断仪。本文首先论述了当前齿轮箱故障诊断的技术背景及国内外发展的现状,明确本课题的研究目的和意义。然后从齿轮箱组成结构出发,从齿轮、滚动轴承及轴的振动机理上研究分析了各部件的主要故障模式以及各模式下振动信号的特征。本文第三章从时域、频域及时频域上对齿轮箱振动信号进行分析处理,在时域上介绍了时域特征参数及时域波形等对故障进行简易的故障诊断,在频域上介绍了幅值谱、细化谱及解调谱分析,在时频域上介绍了Gabor变换、小波分析及小波包分析等方法,根据故障信号的特征,选取有效的诊断方法,介绍了小波包分解频带能量监测在齿轮箱故障诊断中的应用,介绍了相位差频谱校正方法,用于故障诊断系统中来提高故障诊断的准确性。文章第四章以虚拟仪器为基础,介绍了故障诊断仪的设计开发过程,详细介绍了仪器的硬件系统,包括传感器的选择及测点位置的布置、信号调理器和数据采集卡的选型,而后分系统管理模块、数据采集模块、信号处理模块、数据管理模块及辅助功能模块等介绍软件主体部分的设计及开发,并进行实验验证开发设计的结果。最后,根据齿轮箱特点,开发出操作简单且实用的齿轮箱故障诊断仪,并通过实验对其进行验证,测试齿轮箱故障诊断仪的各部分功能,结果证明了该诊断仪能够诊断出齿轮箱的典型故障,表明了该齿轮箱诊断仪的可行性和有效性。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 齿轮箱故障诊断的发展现状  8-10
  1.3 论文的研究目的和意义  10-11
  1.4 论文的主要研究内容  11-13
2 齿轮箱故障诊断基础  13-26
  2.1 齿轮箱的结构及各部件的失效概率  13
  2.2 齿轮的振动机理及故障特征分析  13-20
    2.2.1 齿轮传动的动力学模型  14-15
    2.2.2 齿轮的啮合刚度  15
    2.2.3 齿轮振动信号的啮合频率及其各次谐波  15-17
    2.2.4 齿轮振动信号的调制现象  17-19
    2.2.5 齿轮故障模式与其信号特征  19-20
  2.3 滚动轴承振动机理及其信号特征  20-24
    2.3.1 滚动轴承的振动机理  20-21
    2.3.2 滚动轴承的主要故障模式  21-22
    2.3.3 滚动轴承的故障特征信息  22-24
  2.4 轴的主要故障模式及其信号特征  24-25
  2.5 小结  25-26
3 齿轮箱振动信号处理方法  26-39
  3.1 振动信号的时域分析  26-28
    3.1.1 时域统计指标  26-27
    3.1.2 相关分析  27-28
    3.1.3 时域波形  28
  3.2 振动信号的频域分析  28-32
    3.2.1 傅里叶变换  29-30
    3.2.2 倒频谱分析  30
    3.2.3 细化谱分析  30-31
    3.2.4 解调分析  31-32
  3.3 振动信号的时频分析  32-35
    3.3.1 短时傅里叶变换  32
    3.3.2 Wigner-Ville 分布  32-33
    3.3.3 Gabor 变换  33-34
    3.3.4 小波分析  34-35
  3.4 小波包分解频带能量监测  35-36
  3.5 小波包包络分析及频谱校正  36-38
  3.6 小结  38-39
4 齿轮箱故障诊断仪总体方案设计  39-57
  4.1 虚拟仪器  39-41
  4.2 系统总体设计  41-42
  4.3 硬件部分设计  42-46
    4.3.1 传感器的选择及布置  43-44
    4.3.2 信号调理器的选择  44-45
    4.3.3 数据采集卡的选择  45-46
  4.4 软件部分设计  46-56
    4.4.1 系统管理模块  47-49
    4.4.2 数据采集模块  49-50
    4.4.3 信号分析模块  50-53
    4.4.4 数据管理模块  53-54
    4.4.5 辅助功能模块  54-56
  4.5 小结  56-57
5 测试分析及实验验证  57-63
  5.1 实验对象  57
  5.2 实验设计及布置  57-58
  5.3 诊断结果及分析  58-62
  5.4 小结  62-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 总结  63
  6.2 展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录  69
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  69
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录  69

基于振动信号分析的齿轮箱故障诊断仪的研究

内容摘要

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