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齿轮和滚动轴承故障的振动诊断

陈刚  
【摘要】:振动分析是齿轮与滚动轴承状态监测和故障诊断的重要手段。 本文对齿轮与滚动轴承的故障机理进行了剖析,介绍了齿轮和滚动轴承的常见失效形式,研究了齿轮和滚动轴承故障振动信号的特征。阐述了齿轮和滚动轴承的振动测试方法,详细说明了测试所涉及的各种硬件设备及其连接。 分别建立了齿轮和滚动轴承故障诊断实验装置,进行了齿轮崩齿故障和滚动轴承内环点蚀、外环划痕和滚珠划痕等模拟故障的诊断实验。编制了齿轮与滚动轴承故障诊断系统软件HSGD2006,利用所编制的软件采集并分析了齿轮和滚动轴承的模拟故障实验振动数据。 针对齿轮和滚动轴承的故障振动特征,介绍了传统的故障诊断基本理论,时域方面详细介绍了时域同步平均法诊断齿轮故障和时域统计量法;频域方面详细介绍了倒频谱和包络解调法诊断齿轮和滚动轴承故障;并通过仿真数据和实验数据分别验证了这些方法的有效性和局限性。 研究表明噪声对包络解调结果有较大影响,因此本文利用自相关运算不改变信号的调制特征且能很好地消除噪声的性质,提出了时延相关整流解调法,该方法是时延相关解调法的一个改进。在对原始信号求自相关函数的基础上,进行一定量值的时间延迟,以达到二次降噪,再对延迟之后的自相关函数进行整流解调,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性。 时频分析是针对非平稳信号的一种有效的数据分析方法,它的主要优点是能够确定一个信号是不是多分量的,并且能给出各个分量出现的时间位置。由于齿轮和滚动轴承振动信号也具有非平稳性,本文最后介绍了wigner分布和小波变换两种时频分析方法,并对实验振动信号进行了分析,以考核其可行性和有效性。 通过理论研究和实验分析表明,本文所提出和研究的时延相关整流解调法和时频分析法能够针对齿轮和滚动轴承的故障振动特点进行有效的故障分析。


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