ITD方法在齿轮故障诊断中的应用.pdf

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1、第2期(总第126期)机械管理开发2012年4月No．2(SUMNo．126)MANAGEMENTANDDEVEL0PMENTApr．2012ITD方法在齿轮故障诊断中的应用韩瑞刚f太原大学机电工程系，山西太原030009)摘要：ITD方法较早应用于结构工程领域用来识别模态参数，其可在输入激励未知的条件下根据测取的响应数据辨识出特征参数，将这一方法引入到齿轮故障诊断中，应用matlab编写的程序处理实验数据，计算出了发生故障齿轮的固有频率等模态参数，并与正常结构对比，结果表明该方法可有效地进行故障识别与诊断。关键词：参数辨识；故障诊断；齿轮结构；matlab程序中图分类号：TH1

2、7文献标识码：A文章编号：1003—773x(2Ol2)O2—0097—020引言fXl(t1)X1(f2)⋯x1()1随着生产效率和自动化程度越来越高，机械工作z：f)t2)⋯’f强度不断增大，各部分的关联愈加密切。因此微小的I,xAt,)(t2)⋯()J一些故障就可能导致设备无法正常工作，如果能及时1112⋯1了解和掌握零部件在使用中的状态，确定其整体或局部是否异常，对于设备可靠运行及节约维修费用无疑一l61)．2zz⋯l是很重要的。诊断最关键的问题是故障特征提取机理CI)pl娩⋯)的研究，即采取何种方法、提取何种敏感信号来提高识f⋯1别精度，以便最有效地进行实时监测与诊断u

3、。机械J1：⋯u故障诊断方法中常用的小波分析法，可以提取到特征I．，II：：⋯：I一参数，但在区别相差较小的频率时就比较困难，而且确⋯定分解层数时主观因素较多。较早应用于工程领域的在上述S个时刻的滞后h的时刻tj+h上再取得模态参数识别技术成为近来研究热点，其可以通过有同一测点的自由振动响应为：效的数学处理方法得到结构的模态参数。本文将ITDx(+)=∑m’．(5)(IbrahimTimeDomain)方法应用于齿轮结构中，通过ITD法从实验测得的加速度数据中提取到结构的模态相应于这P个测点和S个时刻，仍可组成响应矩参数，从而为齿轮的故障诊断提供依据。阵为：1ITD法=@AF．(

4、6)ITD方法基于自由振动的解是由振动模态构成基0⋯01本特性，由系统响应的采样数据构造一个特征矩阵，然后通过求解特征值问题得到系统的模态参数。依据结其中A=f品eMmh：：：J00⋯e／~ph)构动力学理论，作自由振动的11维结构动力学方程为：令A=2ZH(zzH)～，由式(4)和式(6)得：+(+KX=0．f1)A=以．(7)式中：X是"11维位移向量；M是翘×维质量矩阵；C是X1"1维阻尼矩阵；K是”X维刚度矩阵。相应的假设A的特征向量为1+iv1，2+ire，⋯，+ivp，由2n式(7)可得解为：x(￡)=．其中+^．(2)．两=+iv，．(8)假定信号包含了p／z阶模态

5、信息忙'，则在结构的因此，结构振动系统的复特征值可根据A的特征值第i个测点和时刻的自由振动响应为：求出：PX(￡f)=e胁。(3)，去arc【g_l((9)k。=。l对于P个测点和个时刻．组成响应矩阵为：上述分析表明，由结构系统输出信号构造矩阵Z=(4)z，1，通过求解A的特征值便可获得系统的复特其中征值。收稿日期：2012—01-09作者简介：韩瑞刚(1977一)，男，山西太谷人，助教，硕士，主要从事机械故障诊断方面研究。E-maihruiganghan@sina．con．·97·第2期(总第126期)机械管理开发2012年4月2齿轮结构故障诊断试验试验选取采样频率51200H

6、z以及采样时间25S。2．1试验装置的建立分别测试了三种齿轮的信号，即正常齿轮、分度圆裂纹本文以渐开线齿轮为模型，齿轮的参数为故障齿轮和齿根裂纹故障齿轮，时域信号，图2所示，2．058E11N／m，泊松比v=-0_3，Z=30，m=-4，内径D=用ITD方法分析处理实验数据，提取出不同状态下的45mm。在进行结构试验时，为了让齿轮自由振动采模态参数。最后得到齿轮结构的前8阶固有频率具用了用软线把齿轮悬挂的方法，并在齿轮上安装体，如表1所示：YD一3一G加速度传感器，用CJ一1型力学冲击锤敲击齿一2轮的不同部位，通过信号采集分析处理软件CRAS采l¨l【IIl~ll¨“I{II—2

7、j四一4—3一集振动信号，试验简图，如图1所示，敲击时在每个位一53111l1一4置都采用轴向、径向、切向三次敲击，分别采集三组数4—6据。另外，为了减小实验中的外界振动而产生的干扰，—5一b-5敲击时每个被敲击的位置都转到如图中所示3和4的采样点数采样点数水平位置时做再敲击。每个齿轮实验都采集到12组(a)无故障时的时域波形(b)分度圆裂纹时的时域波形数据，由实验数据分析可知齿轮不同位置不同方向的由表1中的数据可敲击后得到的同有频率，然后集总平均，得到齿轮结构知，ITD方法识别