希爾伯特黃變換在齒輪箱故障診斷中的研究和應(yīng)用.pdf

1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)行業(yè)的機(jī)械設(shè)備中，但齒輪又是最容易損壞的機(jī)械零件之一。因此，如何及早地發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的早期故障，對(duì)經(jīng)濟(jì)合理地安排設(shè)備維修時(shí)間，避免發(fā)生重大人身傷亡、設(shè)備事故有著十分重要的意義。
　　 在機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，齒輪的各種缺陷和故障必然引起機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。因此，在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)中，蘊(yùn)涵有它的健康狀態(tài)信息，監(jiān)測(cè)和分析振動(dòng)信號(hào)自然就可

2、以診斷齒輪和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的故障，振動(dòng)分析是齒輪狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的重要手段。
　　 由于齒輪和滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)具有非平穩(wěn)性，而經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EmpiricalMode Decomposition，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMD)和希爾伯特譜(Hilben spectrum)是一種自適應(yīng)分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的新方法，具有處理非線性及非平穩(wěn)等具有明顯瞬時(shí)變化特征信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。文中就是利用這種方法對(duì)齒輪箱振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn)故障診斷和分析。其關(guān)鍵部分是

3、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，任何復(fù)雜信號(hào)都可以由EMD方法分解成有限個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)，再利用Hilbert變換求解各IMF的時(shí)頻分布。本論文工作主要有以下方面內(nèi)容：
　　 (1)研究齒輪及齒輪箱振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，建立了齒輪振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，在對(duì)影響齒輪振動(dòng)的主要因素進(jìn)行詳細(xì)探討的基礎(chǔ)上，分析了齒輪的大周期故障和小周期故障的頻譜特征。研究了齒輪和滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)信號(hào)的特征，闡述了齒輪和

4、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)測(cè)試方法。通過(guò)對(duì)齒輪振動(dòng)理論的全面分析與研究，得出結(jié)論：對(duì)齒輪振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效的時(shí)頻分析是分析齒輪振動(dòng)信號(hào)的內(nèi)在需求；
　　 (2)以Hilbert-Huang變換理論研究為主，詳細(xì)地闡述了Hilbert-Huang變換的基本原理和算法步驟。希爾伯特黃變換是先把一列時(shí)間序列數(shù)據(jù)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，然后經(jīng)過(guò)希爾伯特變換獲得時(shí)頻譜的信號(hào)處理新方法，利用由希爾伯特譜反映出的豐富的物理信息來(lái)對(duì)齒輪進(jìn)行故障診斷。
　　

5、 (3)利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和能量特征值對(duì)振動(dòng)加速度傳感器獲取的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特性分析。利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解獲得振動(dòng)信號(hào)的本征模態(tài)函數(shù)，并對(duì)本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行系數(shù)一能量計(jì)算，提取系統(tǒng)的特征信息，對(duì)齒輪箱的故障進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪箱的早期故障，提高運(yùn)行的安全性。
　　 (4)將Hilbert-Huang變換引入齒輪故障診斷，為齒輪故障診斷提供了一種新的途徑，提出了局部Hilbert能量譜的概念，同時(shí)根據(jù)齒輪故障振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)建立了基于