基于振动信号的齿轮故障诊断方法研究论文

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1、基于振动信号的齿轮故障诊断方法研究毕业论文目录前言1第1章绪论2第1.1节齿轮故障诊断的简介及意义21.1.1齿轮故障诊断一般步骤21.1.2齿轮故障诊断的方法21.1.3齿轮故障诊断的意义3第1.2节国内外研究现状及趋势4第1.3节本文研究的主要内容6第1.4节本章小结6第2章齿轮故障诊断基础7第2.1节齿轮故障常见形式72.1.1齿面磨损72.1.2齿面胶合和擦伤72.1.3齿面接触疲劳（点蚀、削落）82.1.4弯曲疲劳和断齿8第2.2节齿轮常见故障征兆8472.2.1设备在外观方面的故障征兆82.2.2齿轮在性能方面的故障征兆9第2.3节齿轮振动信号的特征分析92

2、.3.1齿轮轴的转动频率及其各次谐波92.3.2齿轮的啮合频率102.3.3由调制效应而产生的边频带112.3.4齿轮振动的特征频率122.3.5几种特殊状态齿轮的频域特征13第2.4节齿轮故障诊断试验台及齿轮振动信号简介14第2.5节MATLAB简介及在故障诊断中的应用15第2.6节本章小结17第3章齿轮故障诊断时域方法分析18第3.1节时域分析的基本理论183.1.1时频域分析18第3.2节小波变换193.2.1连续小波变换203.2.2离散小波变换21第3.3节一维离散小波MATLAB中实现方法23第3.4节基于一维离散小波对齿轮故障诊断的研究23第3.5节频域分

3、析在齿轮故障诊断中的应用263.5.1MATLAB中的FFT变换27473.5.2频谱分析27第3.6节本章结论30第4章基于EMD的齿轮故障诊断31第4.1节基于EMD（经验模式分解）的振动信号特征提取314.1.1EMD的研究背景314.1.2经验模式分解(EMD)方法原理314.1.3基于EMD的振动信号特征提取分析33第4.2节基于EMD对齿轮故障诊断的研究37第4.3节针对仿真出来的波形进行分析43第4.4节本章小结43第5章结论44第5.1节本文结论44参考文献…………………………………………………………………….45致谢4747前言机械设备中大部分是旋转机

4、械，覆盖着动力、电动、化工、冶金、机械制造等重要工程领域，是工厂的关键设备，起工况状态不仅影响机器设备本身的运行，而且还会对后续生产造成损失，严重会对国民经济造成巨大损失或机毁人亡的后果。而齿轮传动是旋转机械中应用最为普遍的机械结构。齿轮传动多以齿轮箱的结构出现，它是目前广泛采用的主要传动形式之一。虽然齿轮从设计、结构、材料到制造等方面已相当成熟和规范。但仍然难以避免诸如磨损、剥落、点蚀、裂纹等常发生的故障。研究表明，齿轮箱80％的故障由齿轮引发的；而90％的齿轮故障都是局部故障，例如裂纹、崩齿等。特别对于大型机械设备对齿轮故障进行检测和诊断更是重要，因此研究齿轮故障诊

5、断意义重大。齿轮装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。基于这些因素产生了多种故障诊断技术，如(1)振动信号检测与诊断方法。目前大多数的齿轮故障诊断技术均以振动信号为研究对象，从时域、频域、时频联合域不同的角度对其分析和解释。(2)模态分析与参数识别法。(3)磨屑残余物测定法。其主要包括铁谱法、磁塞法、光谱法等。(4)声学法。此方法易受背景噪声的影响，使得分析结果与实际情况出入较大。(5)温度监测法。对压痕、裂纹等典型故障无检测能力。而目前效果最好并最广泛应用的是通过振动信号的

6、检测和诊断在时频域进行分析的方法。47第1章绪论第1.1节齿轮故障诊断的简介及意义1.1.1齿轮故障诊断一般步骤齿轮工作时产生的振动是反应齿轮传动质量的重要指标，齿轮系统的振动不但会产生噪声和导致传动系统的不稳定，而且会使传动系统失效而产生严重的后果。实践证明采用振动监测对齿轮进行在线故障诊断是一种行之有效的方法[1]。齿轮故障诊断过程一般分为三个步骤：一是诊断信息的提取，二是故障特征提取，三是状态识别和故障诊断。其中故障特征的提取是诊断过程中的关键[2]。1.1.2齿轮故障诊断的方法对于确保运转的机器安全工作有效地方法是工况监视和故障诊断，但是二者是不等同概念，却又统

7、一于动态系统中。工况监视的任务是判断动态系统是否偏离正常功能和监视器发展趋势，预防突发性故障产生。一旦偏离正常功能，应迅速做出调整，使工况恢复正常。如果系统某个环节存在故障，就要进一步查明故障原因及位置，这就是诊断。因此，工况监视是故障诊断的基础[3]。而信号分析是工况监视和故障诊断中最重要的方法。它的目的是找出原始信号简单而有效的转变，这样在信号中包含的一些重要信息就可以被发现。然后，那些信号中的突显的特征可以被提取出来，应该用于故障诊断中[4]。齿轮诊断方法中，振动信号的分析方法应用最广泛，技术也较成熟，成为齿轮故障诊断的主要技术。振