行星齿轮箱扭振信号故障特征提取研究

摘要

行星齿轮箱具有传动比大、体积小、承载能力大、工作稳定等诸多优点，广泛使用于航空领域、风力发电等机械传动系统中，行星齿轮箱工作运行时状态与机械设备工作效率密切相关，但又因行星齿轮箱长期处于高强度、高负荷的恶劣环境中工作，容易产生疲劳裂纹及齿轮磨损等机械故障。所以对行星齿轮箱进行故障诊断领域的研究有着重要意义，可以提前诊断出故障、提高设备使用寿命，预防突发性故障等。为此，本文研究了基于扭振信号行星齿轮箱故障特征提取，主要内容如下: 提出并实现了基于安装在行星齿轮箱上的增量式编码器采集扭振信号的测量方法，通过高频脉冲计数原理选择多功能数据采集卡和高分辨率的编码器，完善行星齿轮箱相应的软件数据采集系统，再增加所需的硬件配置，搭建出完整的行星齿轮箱故障诊断实验平台。介绍了行星齿轮箱扭振信号有关的频谱特征，通过实验对比分析出扭振信号的可行性，相对于横向振动信号，扭振信号具有频谱结构简单、信噪比高、不易受其他振源影响、对故障敏感等优点，确定扭振信号为行星齿轮箱故障诊断实验分析信号。 分别研究了在空载和不同负载下行星齿轮箱输入轴与输出轴的扭振信号，并分别在正常状态与断齿故障状态下对比分析，认为行星齿轮箱在空载运行时，输入轴扭振信号比输出轴对故障更加敏感，更能反映出故障特征。在负载不断变化时，发现输出轴扭振信号比输入轴更具优势，对故障特征更加敏感，刚好与空载时情况相反。与此同时，从故障特征指标的角度诊断故障，分别对比分析峭度值与均方根值故障前后的变化，发生两者诊断效果较好。 针对行星齿轮箱在恶劣环境下故障特征提取，提出了基于 H-P滤波与变分模态分解相结合的扭振信号时域分析方法。先通过构建模拟信号对该方法进行初步验证，然后通过实验方式，分别在不同负载下进一步论证该方法的可行性，实验还从扭振信号处理前后峭度值指标变化情况判断出故障的发生，较好的解决了负载时行星齿轮箱输入轴扭振信号故障特征提取不明显的问题。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 本课题的研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的主要研究内容和工作

第2章 故障齿轮及行星齿轮箱扭振信号模型

2.1 齿轮的失效形式

2.2 齿轮振动机理

2.3 行星齿轮扭振信号频谱特征

2.4 行星轮系传动比

2.5 啮合频率的计算

2.6 本章小结

第3章 行星齿轮扭振信号采集系统

3.1 扭振简介

3.2 扭振测量方法

3.3 增量式编码器和高频脉冲计数法

3.4 采集系统总体构成

3.5 采集系统软件部分

3.6 本章小结

第4章 基于扭振信号的行星齿轮故障分析实验

4.1 扭振信号与横向振动信号对比分析

4.2 故障齿轮的扭振信号分析

4.3 空载时行星齿轮箱输入输出轴扭振信号对比

4.4 不同负载工况下输入输出轴扭振信号对比分析

4.5 不同负载下故障指标对比分析

4.6 本章小结

第5章 基于H-P滤波与VMD的行星齿轮箱故障特征提取

5.1 H-P滤波与 VMD介绍

5.2 模拟分析

5.3故障齿轮扭振信号分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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