齿轮箱中关键零件异常导致的振动特征分析

摘要

齿轮箱是一个具有固定传动比、较大传动转矩和紧凑结构的传动设备，在传动部件中其被广泛应用于改变和传递动力，在机械设备中，它是非常重要但也很容易产生故障的组成部分，它的运行状态直接决定整个设备能否正常运转。所以，对齿轮箱进行状态监测和故障诊断，具有十分重要的意义。
　　齿轮箱故障模拟实验台，能够按照设定的故障运行以表现出异常特性，从而提取异常信号样本，让研究人员可以方便地验证研究故障诊断方法，并且也为齿轮箱故障诊断提供了理论支持。
　　本文用实验室齿轮箱故障诊断实验台作为研究对象，对以下几点进行介绍和研究：
　　（1）介绍采用时、频域方法对齿轮箱故障特征进行提取的特点。对时、频域分析理论进行介绍，然后分析采集的实验数据，获取对应的故障特征。
　　（2）针对齿轮箱轴承振动信号，提出了共信息熵的概念，通过比对原始信号和用不同小波基进行信号分析后的重构信号之间的相似度，共信息熵值越大则分析效果越好，从而选取最合适的小波基函数和分解层数，其次介绍了基于小波包分解的信号能量特征向量的提取方法。
　　（3）针对实验室的齿轮箱故障实验台只能对单个齿轮的某一项故障进行观测且故障程度单一的特点，本文用solidworks进行建模，提出了一种全新的齿轮箱故障模拟实验台的设计构想，该设计故障件更换方便，能自行设置故障程度，并实现多种故障耦合的效果。
　　时域分析法主要采用特征参数法，特征参数一般有均值、方差、均方差、峭度指标、裕度指标等。频域分析法包括频谱分析、倒频谱分析以及细化谱分析等。时、频域分析能够直观的提供齿轮箱的故障特征，对于一些简单的齿轮箱故障效果明显，但是它难以兼顾时频信息，具有很大的局限性，因此在实际的工作中，许多故障不易检测，应运而生了各种时频分析方法。小波分析是一种优良的时频分析方法，可以调节时域、频域的分辨率，因此十分擅于处理非平稳信号。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 齿轮箱故障诊断的方法研究

1.4 论文主要内容安排

2 齿轮箱的故障类型及振动机理

2.1 齿轮箱故障的主要形式

2.2 齿轮的故障类型及振动机理

2.3 滚动轴承的故障类型及振动机理

2.4 小结

3 齿轮振动信号时、频域特征表征

3.1时域分析法

3.2 频域分析法

3.3 齿轮箱振动信号时、频域分析

3.4 小结

4 基于小波分析的齿轮箱中轴承故障信号刻画

4.1小波变换

4.2 小波包变换

4.3 小波基选择研究

4.4 特征提取方法

4.5 小结

5 齿轮箱实验台结构设计构想

5.1 传动方案

5.2 直齿圆柱齿轮传动的设计计算

5.3 轴的设计计算

5.4 轴承的建模

5.5 其他零部件的建模

5.6 设置齿轮故障

5.7 齿轮箱整体装配

5.8 小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢