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(dòng)是通過(guò)兩齒輪的輪齒相互嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)方式，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)也是目前世界上應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，它被廣泛應(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，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(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的初期故障，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，合理安排設(shè)備的維修時(shí)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(guò)程中，齒輪的各種缺陷和故障會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)的狀

2、態(tài)發(fā)生變化。所以，在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)中，包含了它的健康狀態(tài)信息，因此，分析和監(jiān)測(cè)這些振動(dòng)信號(hào)就可以診斷出齒輪和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的一些故障。振動(dòng)分析是齒輪故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用方法和重要手段。
　　 在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲信號(hào)疊加在一起，這些信號(hào)不是平穩(wěn)信號(hào)。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，隨著故障的出現(xiàn)，振動(dòng)信號(hào)也會(huì)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(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)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(jiǎn)稱(chēng)為EMD)是一種自適應(yīng)分析非線(xiàn)性、非平穩(wěn)信號(hào)的新方法，具有能夠處理非平穩(wěn)信號(hào)及非線(xiàn)性信號(hào)等具有明顯瞬時(shí)變化特征的信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。本文正是利用此方法對(duì)齒輪箱產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪傳動(dòng)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(hào)都可以用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法分解成有限個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic

4、 Mode Function，簡(jiǎn)稱(chēng)為IMF)，然后再利用希爾伯特變換求解各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)的時(shí)頻分布。
　　 本論文主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　 (1)分析齒輪箱振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)一步建立齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)影響齒輪振動(dòng)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(guò)研究齒輪和滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)信號(hào)的特征，總結(jié)了齒輪箱的振動(dòng)測(cè)試方法。對(duì)齒輪振動(dòng)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(dòng)信號(hào)的有效方法之一是對(duì)齒輪的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析。
　　 (2)希爾伯特黃變換是先把信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，然后通過(guò)希爾伯特變換得到時(shí)頻譜的信號(hào)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(guò)把采集信號(hào)由變換得到的希爾伯特譜與標(biāo)準(zhǔn)無(wú)故障數(shù)據(jù)的希爾伯特譜進(jìn)行分析、對(duì)比來(lái)對(duì)齒輪箱進(jìn)行故障診斷。
　　 (3)通過(guò)振動(dòng)加速度傳

6、感裝置獲取故障齒輪箱所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，再利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)和能量特征值對(duì)信號(hào)進(jìn)行特性分析。利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解可以得到振動(dòng)信號(hào)的本征模態(tài)函數(shù)，再通過(guò)對(duì)本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行系能量分析計(jì)算，提取特征信息，根據(jù)這些信息的對(duì)比分析來(lái)對(duì)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(shí)根據(jù)故障振動(dòng)信號(hào)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