基于EMD小波阈值去噪和时频分析的齿轮故障模式识别与诊断

建立齿轮故障系统试验装置,对齿轮传动系统在各种转速与故障状态下进行测试分析,获取有关振动信号,对齿轮系统的无故障、齿根裂纹、分度圆裂纹、齿面磨损四种状态信号进行特征提取,并对提取的信号进行基于经验模态EMD分解的小波阈值去噪处理,然后对预处理后的信号进行时频分析与诊断。结果表明,采用基于EMD的小波阈值去噪方法比单纯采用小波阈值去噪对测试信号进行预处理,能提高信噪比,并更加有效的提取出故障特征,而在EMD的小波阈值去噪的基础上,再与时频分析方法相结合能够较好的识别不同运转状况下不同种类的故障,如齿根裂纹、分度圆裂纹、齿面磨损等,可用于对实际工程工作的齿轮系统进行故障诊断。

基于高阶累积量的齿轮系统故障检测与诊断

详细讨论高阶累积量(Higller order cumulants,HOC)的特点和性质,分析基于HOC理论的相关信号处理技术,以及在处理随机信号的非线性特性时独特的功能。基于HOC的振动信号分析处理技术,即双谱分析、1.5维谱分析以及双相干谱分析方法,分析了各自特点以及估计算法。在此基础上,将HOC引入到机械传动齿轮系统的故障诊断分析之中,对系统故障特征进行提取并对故障类型进行区分。对不同大小和不同类型故障的传动系统进行试验测试,采用HOC进行特征提取识别,并对HOC理论实际应用效果作了分析评价,表明HOC是一种较理想有前途的有效方法。

弹性支撑条件下裂纹齿轮体有限元模拟与仿真

将齿轮与轴的装配支撑关系考虑为弹性支撑,采用有限元数值分析ANSYS软件对故障齿轮的动力特性进行了模拟.研究了裂纹故障发生后齿轮动力特性的变化,分析了不同大小和不同类型的故障对齿轮体动力特性的影响.结果表明:裂纹的大小和位置对动力特性都有影响,但裂纹发生位置的影响要大于裂纹大小的影响,即处于齿轮结构体中部的缺陷要比处于外边缘的缺陷对动力特性影响大.另外,探讨了仿真时设置弹性支撑边界条件的方法,并通过与固定支撑和自由支撑边界条件的比较,给出了弹性支撑条件下分析结果的真实性和有效性,为齿轮故障发生机理和诊断的研究提供了一种方法.

裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响

建立具有裂纹的齿轮轮齿的动力学模型 ,分析齿轮轮齿发生裂纹后轮齿结构的动力响应及动力特性 ,并对裂纹出现位置和裂纹尺寸对齿轮结构动力特性的影响进行深入探讨 ;通过分析计算和有限元数值模拟验证表明 ,裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大 ,在裂纹发生处振型发生突变 ;而裂纹大小对其振型和固有频率影响都较大 ,当裂纹出现后齿轮固有频率发生下降 ,振型也发生变化 ,随着裂纹深度的增加 ,固有频率更加下降 ,低阶下降显著 ,而高阶下降缓慢 ,振型也与无裂纹的情形完全不同。这显示出裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响随裂纹尺寸的增加而强烈。

齿轮啮合冲击噪声的定量预估

从齿轮啮合原理的角度出发 ,分析了齿轮的加工误差和弹性变形对于齿轮啮合冲击的影响 ,得出了冲击速度和冲击作用时间的表达式 ,结合声学理论计算了齿轮啮合冲击时所产生的噪声声压和声辐射功率等声学特性参数 。

齿轮减速器系统可变固有特性动力学研究

考虑到齿轮传动啮合刚度的波动和传动误差的影响以及轴承支撑刚度的作用 ,对二级齿轮减速器传动系统进行了理论建模和动态响应分析 ,并与实验结果进行了比较。结果表明 ,齿轮传动在单齿啮合区和双齿啮合区之间啮合刚度变化较大 ;减速器系统的动态特性 (固有频率、固有振型、阻尼等 )随啮合周期而发生变化 ,呈现出一种可变的动态固有特性。故对于系统进行研究时 ,可分别按单齿区和双齿区平均啮合刚度进行分析 ,一般可以满足实际工程要求。

直升机旋翼传动系统固有振动特性的研究

在不同的转速条件下对旋翼传动系统的扭振响应进行了测量，从而对整个系统的固有振动特性进行了在线辨识，并与理论分析结果进行了对比。分析结果表明，带有旋翼的齿轮传动系统具有不同于其它齿轮传动系统的特性，即其动态特性随转速不同而发生变化。这为该类齿轮传动系统的动态设计及动力学分析提供了依据。

裂纹齿轮动力特性三维有限元模拟

建立了裂纹齿轮结构的三维有限元动力学模型,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的齿轮动力特性(固有频率、振型、动态应力等),并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟。指出裂纹尺寸和位置对于齿轮的固有频率和振型都有影响,当出现裂纹后固有频率发生下降,振型也发生变化,而裂纹位置对固有频率和振型影响大于裂纹尺寸的影响,当裂纹位于齿根处时齿轮固有频率下降较大,当裂纹位于齿顶处时齿轮固有频率下降较小,当裂纹出现后齿轮体的振型明显不同于无裂纹时的振型,在裂纹附近振动的振幅增大,并且齿轮体的动态应力也发生变化,与无裂纹的齿轮结构动力特性完全不同。

聚类分析的数据挖掘方法及其在机械传动故障诊断中的应用

采用网格化处理的思想,通过对基于密度的聚类分析方法进行改进,提出了一种新的聚类算法.这种算法通过对齿轮传动系统的故障信号进行测试、对故障类型进行了判定,对不同转速下齿轮传动振动信号进行谱熵计算、并采用网格划分方法将其表示在二维和三维空间分布平面内,可以较好地将正常、裂纹、磨损等类型的故障进行聚类和识别,并通过试验验证表明能够对不同工作状态的齿轮传动信号进行可靠的聚类与区分,聚类率为96%以上.说明该方法对齿轮故障进行区分与诊断是切实可行和有效的.

齿轮旋翼传动系统动态固有特性识别

通过对齿轮旋翼传动系统进行理论分析，在运转的条件下进行实验测定和在线识别，指出由于旋翼的非线性耦合作用，使得带有旋翼的齿轮传动系统具有不同于其它齿轮系统的特有特性，即动态特性随转速的不同而发生变化，并得到了其变化规律。

基于时频分布的齿轮系统辨识研究

采用时频分布方法在时频域对系统的非线性时变特性进行研究 ,识别了系统的动态固有特性 ,并与 ARMA法和 Hilbert法进行比较 。

齿轮结构振动辐射噪声机理研究

依据弹性理论建立了齿轮的弹性体力学模型 ,进行了弹性动力学分析 ,得出了齿轮体的固有特性和振动响应 ,推导了弹性体振动模态参数和声学模态参数之间的定量关系 ,从而得到齿轮结构振动声辐射特性参数和声功率的大小 ,并用实验数据进行了验证。可用于对齿轮自鸣噪声进行计算。

基于高阶累积量的齿轮系统辨识方法研究

高阶累积量分析技术是近年来迅速发展起来的新技术 ,作为处理非高斯信号、非线性信号以及盲信号的重要工具而受到日益重视。它有许多优点 ,特别是对于外加高斯噪声不敏感以及可以检测系统的非线性特性 ,故理论上可以完全抑制高斯噪声的影响 ,提高分析精度。本文在对其研究的基础上 ,将它应用于齿轮旋翼传动系统动态特性分析之中 ,对传动系统和旋翼桨叶的动态固有频率等进行了识别 ,并与频域和时域识别法进行了比较 ,表明该方法是一种可行的有发展前途的方法 。

基于HOC的故障诊断虚拟仪器系统研究

机械故障诊断仍是当今研究的一个热点,虚拟仪器技术的迅速发展,将故障诊断与电子测试技术结合起来,这是现代故障诊断技术发展的重要趋势。本文介绍了现代信号处理理论高阶累积量(HOC),并将其引入到虚拟仪器的信号分析处理之中,对机械齿轮传动系统的故障进行了特征提取和分析,以VC++软件开发平台为基础,结合MATLAB语言研制和开发出了机械故障诊断的虚拟仪器系统,设计了各种功能模块,包括机械振动信号的采集、分析处理和机械系统故障诊断等,实现了基于HOC故障诊断的虚拟仪器系统。

减速器系统振动与声辐射特性研究

建立了齿轮减速器系统的三维实体模型和有限元模型,利用ANSYS有限元软件进行网格划分和对减速器系统进行了动力学特性与响应分析,得到了系统的各阶固有频率和振型;在此基础上提取出减速器系统5个外表面和高、低速齿轮表面各单元面积、中心点坐标和节点振幅等物理量,然后结合声场理论的离散瑞利积分法,并考虑各壁板隔声量的影响,通过声场叠加原理计算得到了减速器外声场各点处所辐射的声压和声强值,并将此数值仿真结果与已有的实际测量数据进行了比较,表明用数值仿真和声学理论相结合的方法来进行齿轮系统振动噪声预估的正确性,这对减速器系统的减振降噪和噪声控制具有重要意义。

齿轮传动系统损伤检测与多故障分类研究

研究了数据挖掘的支持向量机的智能故障检测与诊断方法。通过对齿轮系统在不同的运转状态下的工作状况进行试验测试分析,获取了有关的测试信号,并对不同的故障振动特征信号进行了特征提取与分析研究。在此基础上将支持向量机引入到齿轮传动的损伤检测与诊断之中,建立了两分类和多分类分类器,研究了支持向量机的两分类和多类分类算法。通过分析处理、训练和测试仿真数据以及齿轮振动特征信号,对齿轮系统在各种不同转速下不同故障进行了预测、分类和诊断。研究表明,支持向量机能够很好的区分不同运转状况下各种典型齿轮损伤与故障,低转速下识别率更高,为95%,特别是对各种复合类故障具有较高的识别精度、识别率在81%以上。它在齿轮故障诊断中具有较好诊断识别能力与发展前景,是一种有效的损伤检测与诊断的新方法。

齿轮结构三维弹性动力分析与有限元模拟

建立了齿轮结构的三维弹性体动力学模型 ,按照厚壁板理论推导了弹性体动力学微分方程 ,分析了齿轮弹性体的动力响应和振动固有特性 ,运用有限元数值模拟分析方法进行了对比分析与验证 ,最终给出了三维振型图和三维应力分布图 ,并对齿轮有关参数对动力特性的影响进行了讨论。这给齿轮本体的结构振动分析提供了一种研究方法 ,为齿轮声辐射特性研究以及降噪设计奠定了理论基础。

裂纹齿轮动力特性分析与模拟

建立了齿轮的动力学模型 ,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的动力特性 (固有频率、振型等 ) ,并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟 ,指出裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大 ,在裂纹发生处振型发生突变 ;而裂纹尺寸对其振型和固有频率影响都较大 ,当出现裂纹后固有频率发生下降 ,振型也发生变化 ,随着裂纹尺寸增加 ,固有频率下降更加显著 ,各阶幅值下降大小不一 ,振型也与无裂纹的情况完全不同。

拖拉机离合器碟形弹簧优化设计

分析了碟形弹簧的工作特性，阐述了碟簧在车辆离合器中的应用。提出了适用于车辆离合器的碟形弹簧优化设计方法；考核了优化程序与优化结果．本文提出的方法同样适用于其它类型的碟簧优化设计。

高阶累积量分析理论及其在机械传动系统损伤检测中的应用

文中详细讨论了高阶累积量方法的特点和性质,分析了基于高阶累积量理论的相关信号处理技术,以及在处理随机信号非线性特性时独特的功能;研究了基于高阶累积量方法的振动信号分析处理技术,即双谱分析、112维谱分析以及双相干谱分析方法,分析了各自特点以及它们的估计算法;在此基础上,将其引入到机械传动齿轮系统的故障诊断分析之中,对系统的故障特征进行了提取并对故障类型进行了区分;对不同大小和不同类型故障的传动系统进行实验测试,采用高阶累积量进行特征提取识别,并对高阶累积量理论实际应用效果做了分析评价,表明这是一种较理想有前途的有效方法。