經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解在齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用與研究.pdf

1、齒輪傳動是通過兩齒輪的輪齒相互嚙合來傳遞運(yùn)動和動力的一種機(jī)械傳動方式，齒輪傳動系統(tǒng)也是目前世界上應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)之一，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)的機(jī)械設(shè)備中，而齒輪又是在這些機(jī)械設(shè)備中最容易損壞的零件之一，因此，如何及時發(fā)現(xiàn)齒輪傳動系統(tǒng)中的初期故障，對及時發(fā)現(xiàn)問題，合理安排設(shè)備的維修時間，減少經(jīng)濟(jì)損失和避免發(fā)生重大的安全事故有著非常重要的意義。
　　 在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，齒輪的各種缺陷和故障會引起機(jī)械振動的狀

2、態(tài)發(fā)生變化。所以，在齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的振動信號中，包含了它的健康狀態(tài)信息，因此，分析和監(jiān)測這些振動信號就可以診斷出齒輪和齒輪傳動系統(tǒng)中存在的一些故障。振動分析是齒輪故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的常用方法和重要手段。
　　 在齒輪傳動系統(tǒng)中，產(chǎn)生的振動和噪聲信號疊加在一起，這些信號不是平穩(wěn)信號。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，隨著故障的出現(xiàn)，振動信號也會根據(jù)故障的原因和位置發(fā)生相應(yīng)的變化。由于齒輪和滾動軸承振動信號具有非平穩(wěn)性，而希爾伯特譜(Hilbe

3、rtspectrum)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，簡稱為EMD)是一種自適應(yīng)分析非線性、非平穩(wěn)信號的新方法，具有能夠處理非平穩(wěn)信號及非線性信號等具有明顯瞬時變化特征的信號的優(yōu)點(diǎn)。本文正是利用此方法對齒輪箱產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行分析來實(shí)現(xiàn)對齒輪傳動系統(tǒng)的故障分析和診斷。本文所應(yīng)用的方法是經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法，也是最關(guān)鍵的部分。任何復(fù)雜信號都可以用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法分解成有限個本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic

4、 Mode Function，簡稱為IMF)，然后再利用希爾伯特變換求解各個本征模態(tài)函數(shù)的時頻分布。
　　 本論文主要有以下幾個方面的內(nèi)容：
　　 (1)分析齒輪箱振動噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)一步建立齒輪傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生振動的數(shù)學(xué)模型，對影響齒輪振動的一些主要因素進(jìn)行了細(xì)致的研究，分析了齒輪的大周期故障和小周期故障的頻譜特性。通過研究齒輪和滾動軸承故障振動信號的特征，總結(jié)了齒輪箱的振動測試方法。對齒輪振動理論的全面分析與研究后，

5、得出了結(jié)論：分析齒輪的振動信號的有效方法之一是對齒輪的振動信號進(jìn)行時頻分析。
　　 (2)希爾伯特黃變換是先把信號數(shù)據(jù)通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，然后通過希爾伯特變換得到時頻譜的信號處理方法。以Hilbert-Huang變換(HHT)理論研究為主，詳細(xì)地闡述了其基本原理、流程及算法步驟，最后通過把采集信號由變換得到的希爾伯特譜與標(biāo)準(zhǔn)無故障數(shù)據(jù)的希爾伯特譜進(jìn)行分析、對比來對齒輪箱進(jìn)行故障診斷。
　　 (3)通過振動加速度傳

6、感裝置獲取故障齒輪箱所產(chǎn)生的振動信號，再利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)和能量特征值對信號進(jìn)行特性分析。利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解可以得到振動信號的本征模態(tài)函數(shù)，再通過對本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行系能量分析計算，提取特征信息，根據(jù)這些信息的對比分析來對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
　　 在本文里提出了局部希爾伯特能量譜的概念，同時根據(jù)故障振動信號的特點(diǎn)建立了基于Hilbert-Huang變換的齒輪箱故障的診斷兩種方法：希