齿轮侧隙故障动力学特性与诊断方法研究

摘要

齿轮是传递运动和动力的一种常用机构，据统计，由于齿轮失效引起的机械设备故障约占10.3％。在齿轮箱的各类故障中，齿轮损坏比例高达60％，齿侧间隙的存在是导致齿轮损坏的重要因素，齿侧间隙不但使齿轮啮合噪声增大，也会造成冲击载荷，从而引起轮齿和轴的损坏，因此对齿轮侧隙故障的诊断也尤为重要。
　　本文以齿轮侧隙故障为中心进行了研究，主要研究内容如下:
　　(1)设计完成了齿轮故障诊断试验台，包括硬件和软件两部分，试验台可以实现对多种齿轮故障的模拟。本文中主要对齿轮侧隙故障进行模拟，试验台运行流畅，实验效果良好，软件程序可以实现对信号的采集和读取，达到了预期目的。
　　(2)对齿轮系统在不同转速、不同负载和不同齿侧间隙条件下进行了大量的试验，对试验数据进行数学统计和分析后总结出了含侧隙齿轮故障的动力学特性。通过对大量试验数据进行数学统计、波形分析、频谱分析等总结出含侧隙齿轮故障的信号特征，即伴随轮齿啮合出现高幅值的冲击信号，这也为齿轮侧隙故障诊断提供依据。
　　(3)根据齿轮侧隙故障特征信号，运用时域同步平均、听觉模型的Gammatone滤波器组、阶比分析和实测冲击响应四种方法对齿轮侧隙故障进行识别。在时域同步平均过程中以5转为周期进行数据截取，经过插值使每一段数据点数相等后进行平均;在运用听觉模型Gammatone滤波器组的过程中要尝试选择不同的滤波器数目，选择合适的滤波器数目有利于不同频率成分的分离，也可以使分析变得相对简单;阶比分析过程包括恒转速分析和变转速分析两部分，实现过程中需要利用编码器对旋转轴进行跟踪来达到等转角采样的目的，在变速情况下阶比分析体现出其优越性;基于实测冲击的故障识别是采用测得的冲击响应信号来识别齿轮运转时存在的冲击信号，是专门针对齿侧间隙存在冲击信号而选用的信号处理方法，在采样过程中保证振动信号的采样频率和冲击信号的采样频率相同，这样方便数据的处理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 齿轮箱故障诊断的研究现状

1．3 齿轮箱振动信号分析处理方法

1．3．1 时域分析

1．3．2 频域分析

1．3．3 时频域分析

1．4 论文的主要工作内容

第2章 齿轮故障诊断试验台系统设计

2．1 齿轮故障诊断试验台硬件系统设计

2．1．1 主要零部件的选择

2．1．2 试验台主要结构的设计

2．1．3 伺服电机与负载的控制

2．2 振动信号采集系统设计

2．3 本章小结

第3章 含侧隙齿轮系统动力学特性试验研究

3．1 实验方案

3．2 时域分析

3．2．1 时域波形分析

3．2．2 时域统计分析

3．3 频域分析

3．3．1 频谱分析

3．3．2 齿追逐现象

3．4 车床实测信号分析

3．5 冲击信号分析

3．6 本章小结

第4章 含侧隙齿轮故障诊断方法研究

4．1 基于时域同步平均的故障特征提取

4．3 基于阶比分析的故障特征提取

4．4 基于实测冲击响应的故障特征提取

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢