齿轮传动装置的故障诊断仪设计

摘要

随着仪器技术与计算机技术的飞速发展，针对于机械设备的故障诊断方法变得丰富多样。电机电流信号分析法(MCSA)在近几年发展迅猛，由于其不受传感器位置因素限制等优势逐渐被广泛应用于机械设备的故障诊断中。MCSA方法最早基本都被应用在电机设备本体结构的故障诊断，但是将MCSA方法应用到电机拖动系统中对其机械运动部件进行故障诊断的很少。本文利用虚拟仪器技术设计开发了基于齿轮传动装置的故障诊断仪器，利用MCSA方法对封闭式装置中的齿轮故障进行诊断。
　　1.由于监测诊断封闭装置中的齿轮故障时，存在传感器安装不便的缺陷。因此本课题选择采用MCSA方法对齿轮进行故障诊断。利用该方法直接测量电机定子电流，提取定子电流成分中齿轮的扭振频率。
　　2.利用虚拟仪器技术设计开发了齿轮传动装置的故障诊断仪器。故障诊断仪器分为硬件与软件两部分。硬件部分主要由传感器，信号调理卡，数据采集卡，计算机组成;软件部分利用NI公司的LabVIEW软件自主设计开发了基于虚拟仪器的齿轮故障测试系统。该系统包括了数据采集，数据存储，数据分析等功能。利用系统中的小波分析模块和时频分析模块来实现对齿轮扭振频率的提取。将提取的扭振频率通过LabVIEW中自带的数据库访问技术与数据库中所存储的齿轮故障频率特征进行比较，从而实现对齿轮故障的监测和诊断。
　　3.搭建实验平台。在实验中分别对齿轮正常和故障时的电机定子电流信号进行了采集、提取，实验结果表明该诊断系统能准确提取、识别齿轮的扭振频率，实现齿轮故障诊断。综上所述，本课题设计开发的齿轮传动装置的故障诊断仪是可行的。

目录

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摘要

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附表索引

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题的意义

1．3 国内外相关领域研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题研究内容

第二章 齿轮故障特征及机理分析

2．1 齿轮概述

2．2 齿轮振动机理分析

2．2．1 齿轮振动的产生

2．2．2 齿轮的简化振动模型

2．3 常见齿轮故障

2．3．1 齿轮偏心故障

2．3．2 齿轮磨损故障

2．3．3 齿轮裂纹故障

2．3．4 齿面剥落故障

2．3．5 断齿故障

2．4 齿轮振动影响因素

2．4．1 齿轮啮合刚度

2．4．2 齿轮传动误差

2．4．3 齿轮的失效形式及原因

2．5 典型齿轮故障时、频域特征

2．5．1 齿形误差

2．5．2 齿面磨损

2．5．3 断齿

2．5．4 齿面点蚀

2．6 本章小结

第三章 齿轮故障诊断方法及信号处理

3．1 齿轮故障诊断方法

3．2 信号处理技术的现状

3．2．1 信号预处理

3．2．2 时域分析

3．2．3 频域分析

3．2．4 时频分析

3．3 本章小结

第四章 电机电流法及小波分析

4．1 MCSA在齿轮故障诊断的应用

4．1．1 损伤齿轮的振动信号特征

4．1．2 同步旋转坐标系统

4．1．3 扭振频率在电流中的表现规律分析

4．2 小波分析理论

4．2．1 小波变换

4．2．2 离散小波变换

4．2．3 常用小波函数归类

4．2．4 小波母函数的选择

4．3 本章小结

第五章 故障诊断系统的设计

5．1 硬件系统设计

5．1．1 传感器

5．1．2 信号调理电路

5．1．3 数据采集卡

5．1．4 计算机

5．2 软件系统设计

5．2．1 数据管理模块

5．2．2 数据采集模块

5．2．3 信号预处理模块

5．2．4 数据分析模块

5．2．5 系统集成

5．3 本章小结

第六章 故障诊断系统功能调试及验证

6．1 实验平台搭建

6．1．2 硬件系统

6．1．3 软件系统

6．1．4 利用Mallat算法提取信号

6．2 实验验证

6．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢