齒輪箱振動(dòng)信號(hào)和故障診斷

1、齒輪箱振動(dòng)信號(hào)分析和故障診斷 畢業(yè)設(shè)計(jì)終期答辯目錄研究背景和意義1測(cè)試方案2信號(hào)采集和處理3總結(jié)4研究背景和意義研究背景和意義 機(jī)械沒(méi)備中大部分都是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，尤其是齒箱機(jī)械沒(méi)備中大部分都是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，尤其是齒箱屬于易磨損部件，其運(yùn)行狀態(tài)不僅影響該機(jī)器設(shè)備本屬于易磨損部件，其運(yùn)行狀態(tài)不僅影響該機(jī)器設(shè)備本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行身的安全穩(wěn)定運(yùn)行, ,故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)故障診斷技術(shù)的要求十分迫切。此外，在機(jī)械因此對(duì)故障診斷技術(shù)的要求十分迫切。此外，在機(jī)械故障診斷中，可用于監(jiān)測(cè)與診斷的信息很多，包括故障診斷中，可用于監(jiān)測(cè)與診斷的信息很多，包括振振動(dòng)動(dòng)、溫度溫度、壓

2、力壓力、位移位移、扭矩扭矩和和變形變形等。其中，等。其中，振動(dòng)振動(dòng)信號(hào)能夠迅速、直接地反映機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，據(jù)信號(hào)能夠迅速、直接地反映機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)，7070以上的故障都是以振動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)的。以上的故障都是以振動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)的。通過(guò)對(duì)齒輪箱的振動(dòng)信息進(jìn)行綜合分析，可以嘗試找通過(guò)對(duì)齒輪箱的振動(dòng)信息進(jìn)行綜合分析，可以嘗試找出齒輪箱故障位置。出齒輪箱故障位置。測(cè)試方案設(shè)計(jì)測(cè)試方案設(shè)計(jì) 所采集信號(hào)為齒輪箱體的振動(dòng)加速度信號(hào)，它是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。因此，要將這些信息送入計(jì)算機(jī)，就必須先將這些離散的物理量進(jìn)行離散化，并進(jìn)行量化編碼，從而變成數(shù)字量。被測(cè)結(jié)構(gòu)壓電式加速度傳感器電荷

3、放大器電壓放大器信號(hào)調(diào)理器A/D轉(zhuǎn)換器以太網(wǎng)接口信號(hào)采集裝置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：本實(shí)驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心的機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。l齒輪傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)l渦輪傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)傳感器的安裝： 本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)安裝在變速箱箱體上的2個(gè)加速度傳感器，采集變速箱的振動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)采集裝置將收集的信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存，傳感器的安裝位置如下所示：輸入轉(zhuǎn)速F1工頻F2工頻F1F2嚙合頻率1495r/min24.916.5946.21457r/min24.3169121402r/min23.415.7893 齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖：齒輪傳動(dòng)工況：輸入轉(zhuǎn)速FI工頻F2工頻F1F

4、2嚙合頻率1498r/min253.31001345r/min22.43901252r/min20.92.883970r/min16.22.265渦輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖：齒輪傳動(dòng)工況：信號(hào)采集和處理信號(hào)采集和處理 齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（1495 r/min1495 r/min） 齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（1457 r/min1457 r/min）下面是所采集到的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形圖： 齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（1402 r/min1402 r/min） 渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（1498 r/min1498 r/min） 渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信

5、號(hào)（1345 r/min1345 r/min） 渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（1252 r/min1252 r/min） 渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)（970 r/min970 r/min）時(shí)域特征描述 利用MATLAB，對(duì)所采集到的振動(dòng)信號(hào)計(jì)算其方差、偏度、峰度和均方根值。程序如下：齒輪傳動(dòng) (r/min)渦輪傳動(dòng) (r/min)149514571402149813451252970方差0.19700.07420.08220.00190.03410.07640.0385偏度-0.01080.1928-0.1391-0.6687-7.175e-04-0.02240.0027峰度4.

6、46254.48243.85474.03973.21252.99542.9684均方根值0.44380.27230.28670.04400.18470.27650.1962處理結(jié)果如下：小波分析 信號(hào)的連續(xù)小波變換分解在數(shù)學(xué)意義上實(shí)際是將信號(hào)投影在小波基空間上，在信號(hào)小波變換的尺度域上，信號(hào)并不對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確的頻率，而是對(duì)應(yīng)于一個(gè)頻段。參考文獻(xiàn)中詳細(xì)論述了頻率與尺度的關(guān)系。另外，對(duì)于在不同小波基函數(shù)下的小波分解，因?yàn)樾〔ɑ臻g不同，信號(hào)分解結(jié)果在尺度域上的分布總有差異。 選用Morlet小波函數(shù)，把振動(dòng)信號(hào)在Morlet小波下進(jìn)行尺度為32的分解，經(jīng)過(guò)連續(xù)Morlet小波變換可得到振動(dòng)信號(hào)的尺度-能

7、量關(guān)系。clcclcclear clear close all hiddenclose all hidden%* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)l1=zeros(7,33);l1=zeros(7,33);for i=1:7for i=1:7 l1(i,1)=i; l1(i,1)=i;endend for i=1:7 for i=1:7 fni=num2str(i),.txt; fni=num2str(i),.txt; fid=fopen(fni,r); fid=fopen(fni,r);

8、 x=fscanf(fid,%f,inf); x=fscanf(fid,%f,inf); status=fclose(fid); status=fclose(fid); n=length(x); n=length(x); c=cwt(x,1:32,morl);%morlet c=cwt(x,1:32,morl);%morlet小波小波32維分解維分解 a=zeros(32,1); a=zeros(32,1); for ii=1:32 for ii=1:32 for jj=1:n for jj=1:n a(ii,1)=a(ii,1)+(c(ii,jj).2;a(ii,1)=a(ii,1)+(c(

9、ii,jj).2; end end end end%求每個(gè)尺度對(duì)應(yīng)能量占總能量的百分比 sum1=0; for ii=1:32 sum1=sum1+a(ii); end b=zeros(32,1); for ii=1:32 b(ii,1)=a(ii,1)/sum1; end b=b; l1(i,2:1:33)=b(1,:); end save data_l1 l1程序如下：自功率譜分析 本實(shí)驗(yàn)的信號(hào)分析方法將采用Welch法，分別對(duì)齒輪傳動(dòng)和渦輪傳在不同輸入轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行自功率譜分析，通過(guò)Matlab軟件仿真估計(jì)，繪制出各個(gè)信號(hào)自功率譜圖。齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1495r/min）齒輪

10、傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1457r/min）齒輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1402r/min）渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1498r/min）渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1345r/min）渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（1252r/min）渦輪傳動(dòng)振動(dòng)信號(hào)功率譜（970r/min）總結(jié)總結(jié) 1、在時(shí)域中，我們往往很難對(duì)齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形圖直接進(jìn)行有效分析，只能通過(guò)計(jì)算信號(hào)的的方差、偏度、峰度和均方根值等統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)指標(biāo)，使我們能夠?qū)π盘?hào)波形有一個(gè)初步大致的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)不同輸入轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)信號(hào)比較，其時(shí)域特征并不能明顯的做出區(qū)分判斷。 2、連續(xù)小波變換可以將機(jī)械信號(hào)很好地分解在有限的時(shí)間尺度范圍內(nèi)而保持信號(hào)的信息完

11、整。 對(duì)比傳統(tǒng)的頻譜分析，機(jī)械信號(hào)經(jīng)過(guò)連續(xù)小波變換后，其內(nèi)部蘊(yùn)涵的故障信息能在尺度域上很好地體現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)比對(duì)不同輸入轉(zhuǎn)速下齒輪（渦輪）傳動(dòng)的小波能量-尺度分布圖，可以明顯做出區(qū)別。若把正常齒輪傳動(dòng)和非正常齒輪傳動(dòng)的能量尺度分布圖進(jìn)行比較，可以找出齒輪箱的故障信息。 以下圖是選自文章應(yīng)用連續(xù)小波變換提取機(jī)械故障的特征，可表明應(yīng)用連續(xù)小波變換得出的能量尺度分布，可以有效找出齒輪傳動(dòng)的故障信息。3、從幅頻特性來(lái)說(shuō)，它主要表現(xiàn)在對(duì)不同頻率段的信號(hào)具有不同的抑制和增強(qiáng)作用。對(duì)于正常齒輪振動(dòng)信號(hào)和非正常齒輪的振動(dòng)信號(hào)，相同頻帶內(nèi)信號(hào)的能量會(huì)有較大的差別，它使某些頻帶內(nèi)信號(hào)能量減小，而使另外一些頻帶內(nèi)信號(hào)能量增大。因此，在各頻率成分信號(hào)的能量中，包含著豐富的故障信息，某種或某幾種頻率成分能量的改變即代表一種故障情況，由此可以出不必判斷齒輪箱故障位置。 對(duì)于齒輪傳動(dòng)，在不同輸入轉(zhuǎn)速下，自功率譜密度函數(shù)圖分別在920Hz、 932 Hz和900Hz處出現(xiàn)波峰或波谷，接近各自的嚙合頻率。并且在兩側(cè)出現(xiàn)20Hz對(duì)稱(chēng)邊頻帶?？沙醪脚袛嘈↓X輪出現(xiàn)磨損。