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基于振动信号的齿轮可靠性评估

段慧云  
【摘要】:齿轮传动是机械传动的主要方式,齿轮失效是齿轮传动难以避免的现象和最终归宿,并且是诱发机器故障的重要原因。对齿轮运行可靠性进行评估对于防止突发性事故、降低维修费用、提高经济效益具有重要意义。齿轮啮合振动信号能够有效地反映出设备的运行动态特性和工作精度,揭示设备的性能退化规律。本文基于齿轮啮合振动信号,研究齿轮的可靠性评估方法。1、基于可靠性分析方法,通过比例故障率模型建立设备振动信号特征与可靠性指标之间的联系,基于模型提出齿轮可靠性评估的思路与流程图。2、提出基于小波包分析与距离评估技术的齿轮故障特征提取方法。特征参数对故障的敏感度对于齿轮可靠性分析的准确性具有重要意义。首先基于齿轮振动信号分析方法,利用时域同步平均对目标齿轮的振动信号进行去噪处理,再通过小波包分析获取频带能量从而提取距离评估因子作为特征向量,并优选出较大值作为模型中的响应协变量。3、基于最大似然估计法获取故障函数的估计参数。采用Nelder-Mead’s迭代优化算法,设定优化估计的初始值,通过Matlab优化工具箱中的fminsearch对函数进行优化,即可获得故障率函数的估计参数最终获取齿轮的比例故障率函数,实现齿轮箱可靠性的评估。4、搭建齿轮箱故障诊断试验平台,对齿轮进行全寿命周期实验。基于齿轮振动采集系统对信号进行采集并作数据预处理及可靠性分析,成功的对生命周期三个阶段进行了识别,验证了该方法对齿轮箱可靠性及性能退化状态识别有效性。


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