齿轮和滚动轴承故障的振动诊断

摘要

振动分析是齿轮与滚动轴承状态监测和故障诊断的重要手段。 本文对齿轮与滚动轴承的故障机理进行了剖析，介绍了齿轮和滚动轴承的常见失效形式，研究了齿轮和滚动轴承故障振动信号的特征。阐述了齿轮和滚动轴承的振动测试方法，详细说明了测试所涉及的各种硬件设备及其连接。 分别建立了齿轮和滚动轴承故障诊断实验装置，进行了齿轮崩齿故障和滚动轴承内环点蚀、外环划痕和滚珠划痕等模拟故障的诊断实验。编制了齿轮与滚动轴承故障诊断系统软件HSGD2006，利用所编制的软件采集并分析了齿轮和滚动轴承的模拟故障实验振动数据。 针对齿轮和滚动轴承的故障振动特征，介绍了传统的故障诊断基本理论，时域方面详细介绍了时域同步平均法诊断齿轮故障和时域统计量法；频域方面详细介绍了倒频谱和包络解调法诊断齿轮和滚动轴承故障；并通过仿真数据和实验数据分别验证了这些方法的有效性和局限性。 研究表明噪声对包络解调结果有较大影响，因此本文利用自相关运算不改变信号的调制特征且能很好地消除噪声的性质，提出了时延相关整流解调法，该方法是时延相关解调法的一个改进。在对原始信号求自相关函数的基础上，进行一定量值的时间延迟，以达到二次降噪，再对延迟之后的自相关函数进行整流解调，通过仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性。 时频分析是针对非平稳信号的一种有效的数据分析方法，它的主要优点是能够确定一个信号是不是多分量的，并且能给出各个分量出现的时间位置。由于齿轮和滚动轴承振动信号也具有非平稳性，本文最后介绍了wigner分布和小波变换两种时频分析方法，并对实验振动信号进行了分析，以考核其可行性和有效性。 通过理论研究和实验分析表明，本文所提出和研究的时延相关整流解调法和时频分析法能够针对齿轮和滚动轴承的故障振动特点进行有效的故障分析。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1齿轮和滚动轴承故障诊断的研究背景和意义

1.1.1齿轮和滚动轴承故障诊断的研究背景

1.1.2齿轮和滚动轴承故障诊断的意义

1.2齿轮和滚动轴承故障诊断的研究内容和发展趋势

1.3齿轮和滚动轴承故障诊断的特点

1.4论文研究的目的与思路

1.5论文内容简介和章节安排

第二章齿轮和滚动轴承的故障诊断基础

2.1齿轮故障产生的机理

2.1.1齿轮异常的基本形式

2.1.2齿轮的振动类型及其故障信号特征

2.2滚动轴承故障产生的机理

2.2.1滚动轴承异常的基本形式

2.2.2滚动轴承的振动及其故障信号特征

2.3小结

第三章齿轮和滚动轴承故障实验设计和软件编制

3.1齿轮故障诊断实验装置及故障模拟

3.2滚动轴承故障诊断实验装置及故障模拟

3.2.1滚动轴承故障实验装置

3.2.2轴承基本参数

3.2.3轴承故障模拟

3.3实验测试装置

3.4软件介绍和故障诊断流程

3.4.1软件介绍

3.4.2故障诊断流程

3.4.3故障诊断实验分析流程

3.5小结

第四章传统故障诊断方法及其验证考核

4.1时域分析

4.1.1时域同步平均

4.1.2时域统计分析

4.2频域分析

4.2.1倒频谱分析

4.2.2包络分析

4.3小结

第五章时延相关整流解调法诊断齿轮和滚动轴承故障

5.1信号的整流解调

5.1.1整流解调的原理

5.1.2噪声对整流解调的影响

5.2自相关函数及其特性

5.3整流信号的自相关

5.4时延相关整流解调法

5.4.1时延相关整流解调法的算法及流程

5.4.2数值模拟

5.5实验验证

5.5.1齿轮崩齿故障实验验证

5.5.2滚动轴承故障实验验证

5.6小结

第六章齿轮和滚动轴承的时频分析初探

6.1 Wigner分布

6.1.1 Wigner-Ville分布

6.1.2平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)

6.1.3离散Wigner-Ville分布(DWVD)[27]

6.2小波分析

6.2.1连续小波变换(CWT)[55]

6.2.2离散小波变换(DWT)

6.3时频分析在齿轮和滚动轴承故障诊断方面的应用

6.3.1 Wigner-Ville分布诊断滚动轴承故障

6.3.2小波分析诊断齿轮和滚动轴承故障

6.4小结

第七章全文总结和展望

7.1本文的主要研究结论

7.2需进一步研究的问题

参考文献

硕士期间发表论文

致谢