齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)與故障診斷研究.pdf

1、當(dāng)前，隨著機(jī)械設(shè)備向著高速、重載、精密方向的發(fā)展，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的要求越來(lái)越高。不僅要求能夠傳遞較大的功率和載荷，而且要求傳動(dòng)系統(tǒng)本身必須具備較好的可靠性，從而降低設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本并提高設(shè)備運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全性。齒輪和軸承系統(tǒng)作為一種廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)設(shè)備，是各種機(jī)械系統(tǒng)中的重要傳動(dòng)裝置，在機(jī)械、化工、航天、船舶等行業(yè)的設(shè)備中起著非常關(guān)鍵的作用。同時(shí)，齒輪的工作狀態(tài)正常與否對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳輸具有重要的影響。因此，研究齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)和故障

2、診斷具有重要的理論價(jià)值和工程意義。 自上世紀(jì)50年代以來(lái)，很多學(xué)者開(kāi)展了對(duì)齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)和故障診斷的深入研究。提出了很多實(shí)用的動(dòng)力學(xué)分析方法，如諧波平衡法、有限元法、多種數(shù)值積分方法、實(shí)驗(yàn)方法等，得到了很多有益的成果。同時(shí)很多現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，如小波變換、高階統(tǒng)計(jì)量理論、非線性時(shí)間序列分析方法等也被用于齒輪系統(tǒng)的故障特征提取。這些研究極大地推動(dòng)了齒輪系統(tǒng)的應(yīng)用程度和范圍，一定程度上加快了工業(yè)化的進(jìn)度。但是，囿于研究手段和

3、方法，關(guān)于齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)和故障診斷仍然存在很多需要解決的問(wèn)題。本文主要對(duì)齒輪系統(tǒng)的強(qiáng)非線性動(dòng)力學(xué)和現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)在齒輪故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行研究，其主要貢獻(xiàn)如下： 1.通過(guò)增量諧波平衡法建立單自由度直齒輪副的任意階周期解的統(tǒng)一形式。通過(guò)解析解與數(shù)值解進(jìn)行比較，證明了本文方法的正確性。同時(shí)比較本文研究結(jié)果和國(guó)外的研究成果，指出了一些被國(guó)外學(xué)者忽略的問(wèn)題。最后研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)幅頻曲線的影響。這些結(jié)果將為齒輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制

4、提供理論依據(jù)。 2.研究分?jǐn)?shù)Fourier變換的定義和算法，尤其是Ozaktas的快速算法中關(guān)于2倍插值的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)一些典型信號(hào)的分析，可以證實(shí)本文提出的Shannon插值方法具有較高的計(jì)算精度。最后利用分?jǐn)?shù)Fourier變換對(duì)齒輪故障的模擬信號(hào)進(jìn)行了研究。 3.研究了兩種分?jǐn)?shù)小波變換的定義、性質(zhì)和算法，尤其是分?jǐn)?shù)樣條小波的快速算法。比較了分?jǐn)?shù)樣條小波變換和傳統(tǒng)的樣條小波變換二者在信號(hào)處理時(shí)的精度問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)一組齒輪

5、故障的模擬信號(hào)說(shuō)明分?jǐn)?shù)樣條小波變換在故障診斷中應(yīng)用的可行性。 4.通過(guò)分析、比較現(xiàn)有的盲信號(hào)分離技術(shù)，建立了基于聯(lián)合對(duì)角化技術(shù)的盲信號(hào)分離技術(shù)統(tǒng)一框架。同時(shí)提出并證明了分?jǐn)?shù)Fourier變換關(guān)于信號(hào)相關(guān)性的一個(gè)新性質(zhì)?；谶@個(gè)新性質(zhì)，提出了一種基于分?jǐn)?shù)Fourier的盲信號(hào)分離新方法。通過(guò)對(duì)數(shù)值仿真信號(hào)和陽(yáng)泉車輛段實(shí)測(cè)的貨車軸承故障信號(hào)進(jìn)行分析，證明了這種新方法的正確性和可行性。 5.通過(guò)現(xiàn)有的齒輪故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)實(shí)測(cè)齒輪故

6、障信號(hào)分析，比較了前面介紹的分?jǐn)?shù)樣條小波變換和盲信號(hào)分離技術(shù)在齒輪故障診斷中應(yīng)用的效果。 6.提出了一種將高階統(tǒng)計(jì)量技術(shù)與包絡(luò)分析相結(jié)合的故障診斷方法，并將該方法用于貨車197726型滾動(dòng)軸承的故障診斷。隨后利用VisualC++6.0開(kāi)發(fā)了基于高階統(tǒng)計(jì)量與包絡(luò)分析相結(jié)合的故障診斷軟件。該軟件既可以單獨(dú)使用，也可以作為現(xiàn)有貨車故障診斷軟件的一個(gè)模塊使用。這些研究將為貨車軸承的故障診斷提供幫助。 文中對(duì)所取得的成果進(jìn)行了總