齿轮箱轴承故障诊断的时频分析方法初步探讨

机械设备的诊断过程基本上可以分为三个步骤:第一是诊断信息的获取;第二是故障特征提取;第三是状态识别和故障诊断。诊断过程的关键是从动态信号中提取故障特征,信号处理是特征提取最常用的方法。工程中设备运行状态的振动信号存在着大量的非平稳动态信号,从工程中获得的动态信号,它们的平稳性是相对的、局部的,而非平稳性是绝对的、广泛的。时频分析是研究非平稳信号的有力工具。因此,本文探讨时频分析方法在齿轮箱滚动轴承外圈损伤故障诊断中应用,对几种主要的时频分析方法进行了对比研究,总结它们的优点及不足。本文针对基于振动信号分析的齿轮箱轴承外圈损伤故障诊断所存在的问题,探索一套基于时频分析方法的齿轮箱轴承故障诊断理论和方法,提出该类型故障的诊断依据和基于Hilbert-huang变换的新诊断方法。 全文结构如下: 第一章:介绍课题的来源,目的及意义。综述了设备状态监测和故障诊断现状。阐述了信号分析和时频分析的意义。回顾了非平稳信号的时频分析方法。最后简述了本文的研究内容。 第二章:论述了滚动轴承失效形式、滚动轴承振动信号的特点、齿轮箱滚动轴承故障的冲击振动的产生和特点、齿轮箱振动冲击的基本形式;介绍了齿轮箱滚动轴承故障试验系统和参数,并对试验获取的齿轮箱滚动轴承外圈损伤故障振动信号作了幅域统计和傅立叶幅值谱分析,结果表明对特征提取存在明显局限性。 第三章:介绍数学预备和时频分析的基本理论。 第四章:对短时傅立叶变换(STFT)、小波变换、Winger-Ville分布作了理论上的阐述。通过几种主要的时频分析工具在齿轮箱轴承外圈损伤故障诊断中的应用,分析并归纳了这些时频分析方法的局限性,总结了时频分析的一般性问题。 第五章:阐述了瞬时频率的理论,并总结了对瞬时频率的一般性认识。 第六章:引入建立在瞬时频率理论基础上的Hilbert-Huang变换(HHT)。详细的论述了HHT的主要依据、基本概念、基本方法、分析步骤、和相关改进算法;阐述了HHT的创新性。改进算法的Hilbert-Huang变换在齿轮箱滚动轴承外圈损伤故障振动信号分析中的应用表明,Hilbert边际谱能有效的提取该类故障振动信号的故障特征。 第七章:总结本文的工作和创新点。并指出了Hilbert-Huang变换需要完善和解决的问题。