基于振动信号的齿轮可靠性评估

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1、南昌航空大学硕士学位论文第一章绪论出其内部零部件的故障模式。这些信号包含能够反映齿轮箱运行状态的信息，设备工作性能的变化可以通过振动信号表现出来，而通过箱体表面对信号进行采集和故障诊断分析并不会影响到整个齿轮箱的正常运行。利用齿轮箱振动信号分析方法进行可靠性分析是一种行之有效的方法，它对齿轮的监测和故障诊断提供极为重要的科研价值和经济效益。齿轮箱的振动信号能够反映其运行状态特性并揭示其性能退化规律，为齿轮箱的运行可靠性评估提供重要依据[5]。1.2设备可靠性研究现状与发展趋势可靠性是指产品、系统在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能

2、的能力。它是衡量机械产品质量的一个重要指标，从设备的开发设计到制造生产以及使用维修这一系列过程中，都将可靠性这一指标作为产品定量参考依据。随着现代工业技术的快速发展，新型机械的结构越来越复杂、功能越来越完善，可靠性也逐渐被人们所重视，如今它正在成为一项裁定产品质量的重要标准。在机械工程领域，它也正成为理论研究的一个关键方向[6]。可靠性问题是近60年开始发展起来的，美国军用航空部门最先提出可靠性这一概念，他们最先意识到可靠性的重要性及应用价值[7]。上世纪40年代的二战期间，美国空军部队由于飞机频出故障却没能及时进行诊断维修，导致由自身故

3、障而累积损毁的飞机高达21000架，是被敌方击落数量的1.5倍[8]。在机械工程领域，Freudenthal[9]于1947年提出应力-强度干涉模型，该模型成为了机械零部件以及电子元器件可靠性设计的基本公式。1957年，美国发布了“军用电子设备可靠性”，标志着可靠性这一概念已经作为一门独立的学科展开研究，因此也决定了传统可靠性理论及其研究方法的基本特点[10]。国内可靠性的研究与应用在60年代才逐渐兴起，可靠性这一问题最先应用于通信机、雷达等方面，之后慢慢引入到重点工程元器件以及民用产品的可靠性工作当中，这让产品质量达到了新的水平。到80

4、年代后，国内研究者们才开始对可靠性工程进行深入的探索研究并应用于实践工作。从上世纪60年代之后，应力-强度干涉模型被提出并应用于机械设备疲劳强度的可靠性设计。国外研究学者Haugen[11]和Kececioglu[12]等提出了基于干涉模型的可靠性评估方法，并在实际工作中获得了很好的应用成果。Thompson[13]在论及可靠性研究时指出，应该用批判性的观点去重新审视传统可靠性研究的发展历程，同时他也强调了在可靠性探索过程中应综合考虑工作载荷和环境因素、设备失效机理以及时间序列等诸多问题的必要性和应用价值。针对可靠性研究中出现的问题，学者

5、们试图从不同的角度更好的解决设备可靠性的计算问题。在可靠性研究发展过程中尝试了很多新的方法，同时也建立了2南昌航空大学硕士学位论文第一章绪论包括有限元法模型、概率与非概率混合可靠性模型、基于遗传算法以及神经网络的可靠性模型等相关联的模型。李超等[14]通过对信息理论的研究与引入，建立基于设备寿命统计分布以实现可靠性评估的信息量模型。黄洪钟[15]、董玉革[16]、吕震宙[17]等应用模糊数学建立了模糊可靠性模型。赵永翔[18]等提出了基于机械疲劳本构随机性的可靠性分析方法。张鹏、王光远[19]等研究了多状态零件以及系统可靠性分析。随着机械

6、产品性能向高精尖发展，可靠性的标准也越来越严格，传统的可靠性方法已经不能适应时代的要求[20]。传统的可靠性分析方法不能够体现出机械设备运行过程中的性能退化状态，因而基于退化状态信息的分析方法应运而生。2009年，ZioE[21]探索可靠性发展过程中面临的新挑战，并提出了基于状态信息监测的可靠性评估以进行及时维修管理，以此提高设备的生产效率并降低故障率。2011年，LIU[22]等通过综合高斯混合模型以及Logistic退化模型将性能退化状态与可靠性之间建立联系，并有效的应用于可靠性评估中。2014年，金涵逊、殷晨波[23]等人对起重机械

7、建立韦布尔分布模型，通过使用最小二乘法实现分布函数的线性化以及参数的估计，通过分析起重机械的故障规律并利用分布模型对起重机械可靠性寿命指标进行估算。传统的可靠性评估通常依赖于大量历史概率样本数据，针对这一不足许多研究者提出较少依赖概率数据的方法对传统方法进行了改进和更新。2010年，BalakrishnanN[24]等基于Kaplan-Meier非参数估计，提出混合模型参数估计方法对设备截尾数据进行分析以获得可靠度函数，实现了可靠性的定量评估。2011年，RAJESH[25]等提出了综合聚类、模糊集映射以及模糊逻辑的可靠性模型，基于模型对

8、海洋运输系统进行了可靠性评估。同年，廖俊、于雷[26]等人提出利用状态信息评估模糊可靠性的方法，将模糊数学理论引入产品可靠度计算中，建立了一种新型的基于参数漂移量的模糊可靠性模型，并将其成功地