基于约束独立分量分析的齿轮箱故障诊断研究

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1、全日制硕士学位论文基于约束独立分量分析的齿轮箱故障诊断研究申请人姓名:郭松涛指导教师：荆双喜教授学位类别：工学硕士专业名称：机械工程研究方向：机械状态监测与故障诊断河南理工大学机械与动力工程学院二○一五年六月I河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：基于约束独立分量分析的齿轮箱故障诊断研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学

2、位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权说明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日II中图分类号：TH132.4密级：公开UDC：621单位代码：10460基于约

3、束独立分量分析的齿轮箱故障诊断研究Researchonconstrainedindependentcomponentanalysisforgearboxfaultdiagnosis申请人姓名郭松涛学位类别工学硕士专业名称机械工程研究方向机械状态监测与故障诊断导师荆双喜职称教授提交日期2015.04答辩日期2015.06河南理工大学III致谢白驹过隙，转眼间三年的硕士学习生活即将结束。在本论文完稿之际，对帮助和支持我的老师、同学、家人、朋友以及我的母校表达我最诚挚的谢意。首先衷心的感谢我的导师荆双喜教授。本论文在荆双喜教授的悉心指导下完成的，从论文

4、的选题到最终的完成，无不凝聚着导师的心血。导师严谨的治学态度，深厚广博的知识，精益求精的工作作风，宽厚待人的品德，深深地感染着我。3年的研究生学习阶段，导师对我学业上的严格要求，生活上的无微不至的关怀，使我不断地取得进步，更指引我在以后的工作学习中不断进取。在此，深深地感谢导师这3年来对我的培养、关心和教育。感谢冷军发老师，在日常生活和学习中的关心和帮助，论文完成过程中，提出很多宝贵意见和建议。感谢王志阳老师，他为我课题的研究提供了很多便利，在对基础理论研究方面提出很多宝贵的建议。感谢华伟师兄、郭燕飞师兄、孟令肖师兄、简彦成师兄、董烁昶师兄，同门

5、赵行宇，师弟杨鑫和张永鑫。他们在我课题遇到困难时，提出合理性的建议和日常生活中给予我无私的帮助。感谢我的父母、姐姐和弟弟他们给予我的无私的关爱，他们辛勤劳动，供我读书，使我顺利完成学业。感谢所有关心和帮助我的老师、同学和朋友们！感谢河南理工大学，为我提供了良好的学习和生活环境。最后，感谢各位专家教授评阅论文、参加答辩并给予批评指正，您的建议和意见都将有助于我在本课题的研究更加深入、完善。IV摘要随着现代工业科技的快速发展和自动化程度的提高，机械设备不仅具有大型、集成、高速及重载的特点，而且其工作环境十分复杂。机械设备的某一关键部件一旦发生故障，往

6、往会影响整台设备甚至整个生产系统的运行，不仅会造成巨大的经济损失，而且可能会导致严重的人员伤亡后果。开展机械故障诊断技术是保障设备安全可靠运行的主要措施之一，它不仅能对机械设备故障的发生以及进一步的发展做出预测，而且对故障产生的原因作出判断，提出对策以减少事故的发生。因此，对机械设备开展故障诊断技术的研究具有重要的理论意义和现实的工程价值。故障信息特征的提取是设备故障诊断技术的核心内容之一，如何从较强的背景噪声下提取出隐含故障信息的信号特征并将其应用于工程实际是故障诊断领域研究的热点。新理论、新技术和新方法方面的研究层出不穷，丰富和完善了机械故障

7、诊断技术。本论文以齿轮箱为研究对象，以约束独立分量分析（ConstrainedIndependentComponentAnalysis，cICA）为信号分析工具，深入研究了基于约束独立分量分析的齿轮箱故障诊断技术方法，通过实验验证了该方法的有效性，并应用相应的工程案例予以说明，取得了一定的效果。论文主要包括以下内容：（1）介绍独立分量分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)的数学基础、基本原理和算法。首先介绍ICA的数学基础，然后叙述了ICA的数学模型、模型的不确定性和可辨识性及ICA算法相关原理。最后研究了约束独

8、立分量分析（cICA）的优点、算法介绍以及参考信号的建立。（2）从齿轮箱的结构分别阐述了各振动源的特征，并对其振动机理进行分析。介绍了齿