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基于小波和分形理论的齿轮故障特征提取及噪声的和谐化研究

王春  
【摘要】: 噪声污染属于一种物理污染,和其他污染不同,它随着声源发声而开始出现,停止发声而消失,不存在累积现象。但是,由于声源和声源暴露人群的广泛存在,噪声污染一直是人们最严重的环境污染之一,因此控制各类噪声污染的任务十分繁重。随着现代工业的发展和人们物质文化生活水平的不断提高,机器设备、交通运输工具和家用电器的数量日益增多,噪声问题也越来越严重,噪声污染已成为当代世界性的问题。在机械工程中,机械设备的噪声不仅是工业噪声的主要组成部分,而且也是设备质量优劣的重要标志之一,并且直接影响其经济价值。 振动与声是源与流的关系,二者紧密地联系在一起,声因振动而产生,有声必有振动,这种振动和噪声含有极为丰富的信息,它间接地反映了设备的运行状态,从而为诊断提供了有力的依据。由于故障特征信号淹没在高频振动和噪声中较难分辨,经典的功率谱方法难以检测出信噪比较低的故障特征信号,即对噪声无免疫力,并且对微弱的故障特征信号不敏感,影响了诊断的可靠性和精确性。另外,噪声的控制问题并不简单地等同于噪声降低。我们除了要降低噪声,同时还要考虑声音质量问题。传统的噪声控制主要是从减低人耳听力损伤方面考虑来进行噪声控制的——降低噪声声级。如今在许多方面降噪已相当困难,同时我们也注意到有些声音事件的声级并不高,它不一定损坏人的听力但可以产生一种令人不愉悦的、烦恼的、扰乱性的听觉感受,这时,我们就说声质量不好。所以噪声固然与声音的强弱有关,它的质量也很重要。在目前越来越强调生活质量的社会里,人们对声质量的要求也越来越高,某种情况下声音质量比声音的强弱更重要。这就要求我们要找到一种基于人耳听觉特性的反映声质量的所谓主观评价指标和体系,以便为最终的声质量控制提供更具体的评判依据。 本课题由国家教育部重点研究项目:“噪声全息可视化测量分析系统的研究”,重庆市教委科技项目:“变速箱噪声和谐化测控新方法的研究”的支持。作者作了大量的理论研究和相应的实验研究工作。研究的对象是齿轮噪声。研究路线是:齿轮噪声产生机理及特性→故障诊断(识别主声源)→降噪→人耳听觉特性→声质量评价模型。 本文的主要研究内容如下: (1)分析了齿轮噪声的产生机理和特点。 (2)阐述了复解析小波用于包络提取的原理,建立了一种基于复解析小波变换的瞬时频率分析齿轮故障振动信号的方法,该方法将希尔伯特变换与小波变换相结合,具有自适应分析能力,克服了Hilbert变换的固有缺点,能够有效地提高信噪比,


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