基于振动信号的齿轮传动监测系统

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1、中图分类号：TP206硕士学位论文题目基于振动信号的齿轮传动监测系统作者姓名郑思来指导教师王细洋教授学科、专业航空工程2015年6月学校代码：10406分类号：TP206学号：120085232013南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）基于振动信号的齿轮传动监测系统硕士研究生：郑思来导师：王细洋教授申请学位级别：硕士学科、专业：航空工程所在单位：航空制造工程学院GearMonitoringSystemBasedonVibrationSignalADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnAeronau

2、ticalengineeringByZhengSilaiUndertheSupervisionofProf.WangXiyangSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要齿轮传动是机械传动的主要方式，齿轮失效是齿轮传动难以避免的现象和最终归宿，并且是诱发机器故障的重要原因。齿轮运行状态的在线监测和故障诊断，对于降低设备维修费用、防止突发性事故具有重要意义，并得到了广泛的重视和研究。对齿轮振动信号进行分析

3、和处理，以判断齿轮的运行状况，是目前齿轮运行故障诊断的最主要方法。本文采用LabVIEW编程语言，设计和开发了基于振动信号的齿轮传动在线监测系统和故障离线分析系统，主要研究工作有以下几个方面：1.阐述了齿轮传动在线监测和故障诊断的研究意义，综述国内外齿轮箱故障诊断技术和机械设备振动状态监测和故障诊断系统的研究现状，从齿轮传动啮合振动机理上分析了常见齿轮故障模式的成因以及各故障模式下啮合振动信号特征。分析了时域统计参数、幅值谱和功率谱、细化谱、包络谱、倒频谱、小波包分解以及可靠性评估的原理，为监测系统和离线故障分析系统提供理论基础。2.研制了基于虚拟仪

4、器技术的齿轮振动信号采集分析系统。硬件部分主要针对传感器、恒流源适调器、数据采集卡和光电编码器的选取，软件部分开发了参数设置模块、信号分析模块、数据管理模块和帮助模块，实现了齿轮传动啮合振动数据的采集、监测以及故障分析处理，搭建齿轮传动故障诊断试验台，对比分析齿轮正常状态和故障状态的振动信号，验证了齿轮传动线监测系统和离线故障分析系统的在实际应用中的准确性和可靠性。3.为了快速准确识别齿轮故障模式，提出了一种基于最佳小波包分解（OWPD：OptimumWaveletPacketDecomposition）和隐马尔可夫模型（HMM：HiddenMark

5、ovModel）的识别方法。该方法对采集的振动信号进行小波包分解，再利用OWPD自动选择提取最佳小波包能量构造特征向量，输入HMM中进行训练与测试，实现了齿轮故障模式识别。实验结果表明该方法在齿轮故障模式识别方面的有效性和准确性。关键词：齿轮故障诊断，振动信号分析，虚拟仪器技术，状态监测，故障识别IAbstractGeartransmissionisthemainwayofmechanicaltransmission,thegearfailureingeartransmissionistheinevitablephenomenonandthefina

6、lhometoreturnto,andisoneoftheimportantreasonsinducedmalfunction.On-linemonitoringandfaultdiagnosisofgearrunningstate,toreduceequipmentmaintenancecosts,isofgreatsignificancetopreventsuddenaccident,andreceivedwideattentionandresearch.Thegearvibrationsignalanalysisandprocessing,in

7、ordertojudgetheoperationconditionofthegear,themainmethodiscurrentlyrunninggearfaultdiagnosis.Inthispaper,LabVIEWprogramminglanguage,designedanddevelopedoff-lineanalysisofonlinemonitoringsystembasedongearandfaultvibrationsignalsystem,themainresearchworkinthefollowingareas:1.Thes

8、ignificanceofoff-lineanalysisofonlinemonitoringsystemo