基于小波去噪的齿轮箱故障诊断

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1、研究生项目报告基于小波分析的齿轮箱振动信号去噪的研究燕山大学2014年11月研究生项目报告基于小波分析的齿轮箱振动信号去噪的研究学院（系）：电气工程学院专业：仪器仪表工程学生姓名：指导教师:摘要摘要齿轮箱作为机械设备屮的一种典型的连接和传递动力的通用零部件，在机械传动中得到了广泛的应用，它的状态直接关系到整台设备的工作性能。一旦齿轮箱发生故障，轻则导致生产设备停产，重则导致严重事故发生，威胁工作人员的生命安全，影响国家经济增长。因此，对齿轮箱故障进行诊断与预报的研究具有十分重要的现实意义。本文采用基于Hilbert变换的包络解调分析方法对故障

2、进行诊断研究，首先阐述了目前齿轮箱故障诊断的现状，接着分析了齿轮箱故障的产生机理、常见的失效形式和故障类型，以及小波变换、希尔伯特变换和包络解调的基本原理，最后进行故障仿真实验。根据齿轮箱故障的特点，先将仿真信号进行小波去噪，并经希尔伯特变换得到包络信号，最后把包络信号进行谱分析，得到频谱图，依据频谱图对齿轮箱故障进行诊断。通过仿真实验结果验证了该方法的可行性及优越性。关键词：齿轮箱故障诊断；包络解调；Hilbert变换；小波变换;目录摘要I第1章绪论11.1齿轮箱故障诊断背景和意义11・2齿轮箱故障诊断的研究现状11.2.1发展历程11.2

3、.2研究现状21・3本项目报告的主要内容3第2章齿轮箱故障诊断的设计原理52.1齿轮故障特征频率52.2轴承故障特征频率62.3本章小结7第3章小波阈值去噪83.1小波变换的定义83.2小波去噪93.2.1小波去噪特点93.2.2小波去噪思路93.2.3阈值去噪法93.3小波分解与重构113.4本章小结12第4章希尔伯特变换134.1希尔伯特变换定义134.1.1卷积积分134.1.2相移134.2希尔伯特变换原理144.3希尔伯特变换特性154.4本章小结16第5章包络解调分析法175.1包络解调的基本原理173.1.1包络解调分析法173

4、.1.2包络解调技术的特点175.1.3包络解调技术的缺点175.2包络解调方法185.3本章小结18第6章故障信号仿真实验196.1滚动轴承外圈故障分析196.2滚动轴承内圈故障分析206.3本章小结21结论22参考文献23in第1章绪论1.1齿轮箱故障诊断背景和意义现代机械设备发展的一个明显趋势是向大型化、集成化、连续化、高速化、柔性化和白动化方向发展。由此而使设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越來越复杂，价格越来越昂贵，同时对设备的管理与维修的要求也越来越高。现代机械设备的发展,一方面极人地促进了生产的发展，这主要表现在大

5、幅度提高了生产率和正品率，降低了成本和改善了劳动条件,同时也节约了能源和精简了人员；另一方面也使生产潜伏着很大的危机，即一但发生故障停机，其直接、间接损失将十分巨大。随着机械设备上述发展趋势的加剧，这一危机造成的后果越来越严重，影响越来越突出。作为传递运动和动力的齿轮箱，由于其传动比固定、传动精度高、结构紧凑等优点，广泛应用于各种人型设备，一旦齿轮箱发生故障,轻则导致生产设备停产，重则导致严重事故发生,威胁工作人员的生命安全,影响国家经济增长。在国内，据不完全统计，因齿轮箱故障每年给我国水泥生产的总产量带来至少减产200万吨的损失；某化工企业

6、的制氧设备因齿轮箱故障造成停工的日经济损失超过80万元。由此可见，监测齿轮箱的运行状态，及时发现故障，排除故障，对保证设备的正常运行和工作人员的生命安全，促进国家经济的平稳发展具有重要意义。1.2齿轮箱故障诊断的研究现状1.2.1发展历程自有工业生产以来，故障诊断就存在了，早期人们通过触摸，经验和对声咅、振动的感觉来判断故障并进行修复。如今，故障诊断作为一门学科，有多种分析方法来识别故障。其发展过程经历了以下几个阶段⑶：第一阶段：20世纪60年代屮期，利用频谱分析仪进行齿轮箱故障诊断。傅里叶变换(FFT)的出现使得人们开始用频谱分析法來判断齿

7、轮是否存在故障。但由于此法将信号直接进行傅里叶变换，得到的特征频率不明显，这样使得诊断起来很困难，而且结果不准确。第二阶段：20世纪60年代末期，利用冲击脉冲计进行故障诊断。冲击脉冲计是由瑞典SPM仪器公司开发的，它的出现使人们可以在吋域范围内就可以对早期故障进行诊断，得到了广泛应用。其工作原理是：通过冲击脉冲的幅值大小可以有效地来判断齿轮与轴承是否存在故障，但不能判断出故障的位置。第三阶段：20世纪70年代初期，利用共振解调(包络解调)技术进行齿轮故障诊断。共振解调最早由美国波音公司提出，它的提出使得对齿轮、轴承故障进行精密诊断成为可能，它

8、不仅可以诊断出是否存在故障，还可以诊断出故障发生位置及故障的严重程度。其工作原理是：将故障信号从调制信号屮分离出来，然后对分离出來的信号进行频谱分析，得到包络谱，找