基于声发射的行星齿轮箱摩擦故障诊断研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS201521080304TheResearchonFrictionFaultDiagnosisofPlanetaryGearboxBasedonAcousticEmissionAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:PowerElectronicand

2、ElectricalDriveAuthor:FeiXieSupervisor:Prof.WeiLiangSchool:SchoolofMechanicalandElectricalEngineering摘要摘要行星齿轮箱是现代旋转机械传动系统变速环节中的核心机构，而齿轮是行星齿轮箱各个部件中最容易损坏的关键构件，一旦行星齿轮箱因为内部构件故障而停止工作，将会导致整个动力系统的瘫痪，这对工业生产的正常运转以及操作人员的生命安全都是极大的潜在威胁。因此，对行星齿轮箱齿轮进行故障诊断检测具有非常特殊的意义。常用的振动信号分析技

3、术避免不了设备本身振动带来的干扰，而声发射检测技术具有高频抗干扰能力强和能够识别早期微弱故障等优点。本文基于新型声振传感器，以行星轮为研究对象，结合声发射检测技术，设计并制作出一套检测系统，对行星齿轮箱行星轮故障进行检测识别。具体研究工作如下：首先通过查阅国内外文献资料，介绍了行星传动的发展史，分析了行星齿轮箱的内部结构以及工作过程，对齿轮的故障机理进行了研究。在此基础上，分别介绍了振动信号和声发射信号故障检测技术的原理以及特点，为齿轮摩擦故障产生的声发射信号的采集和处理提供了理论基础，同时提供了以数据采集处理系统为主的

4、行星齿轮摩擦故障的检测方案。然后着手设计并制作了以FPGA为核心的数据采集系统和以ARM为核心的嵌入式平台。其中，数据采集系统包括信号调理电路、AD7903采样电路、以太网传输电路以及电源电路；嵌入式平台包括树莓派计算模块核心电路、USB扩展电路、HDMI电路、RTC电路以及启动与供电电路。文中给出了关键器件的选型以及设计的要点，同时，考虑了系统板卡的EMC和SI性能。针对课题实际需求，设计了采集系统的底层驱动程序，完成了Raspbian操作系统调试设置和脚本设计以及用QtC++完成了嵌入式平台上位机和PC端上位机界面的

5、编写。最后将检测系统用于定制带有摩擦故障的行星减速器平台，进行大量的数据采集实验，利用小波分解方法进行行星轮摩擦故障声发射信号故障特征提取，验证了声发射技术的科学性。在高频段，设计匹配小波滤波器，验证了声发射信号能体现被测对象运动本质的现象。选用信号能量、峰峰值和峭度参数做多组对照实验，实验结果验证了这三个参数作为判断标准的可行性。关键词：行星齿轮箱，检测系统，故障诊断，声发射技术IABSTRACTABSTRACTTheplanetarygearboxisthecoremechanisminthetransmission

6、sectionofthemodernrotarymachinerytransmissionsystem,andthegearisthemosteasilydamagedkeycomponentofeachcomponentoftheplanetarygearbox.Oncetheplanetarygearboxstopsworkingduetointernalcomponentfailure,theentirepowersystemwillbecaused.Thisisagreatpotentialthreattothe

7、normaloperationofindustrialproductionandthesafetyofoperators.Therefore,itisofspecialsignificancetoperformfaultdiagnosisanddetectiononplanetarygearboxgears.Thecommonlyusedvibrationsignalanalysistechnologycannotavoidtheinterferencecausedbythevibrationofthedeviceits

8、elf,andtheacousticemissiondetectiontechnologyhastheadvantagesofhighfrequencyanti-interferenceabilityandabilitytorecognizeearlyweakfaults,etc.Thispaperisbasedon