齿轮及滚动轴承故障特征分离方法的研究

本文的研究目的是在对齿轮箱单一故障特征分离方法的研究的基础之上,对齿轮箱的多故障状态的特征分离方法做一些研究。本论文以齿轮箱中的齿轮和滚动轴承部件作为研究对象,研究分析了齿轮和滚动轴承的故障机理,模拟了齿轮箱主要部件:齿轮和滚动轴承的多种单一故障和混合故障,对齿轮和滚动轴承的典型故障特征进行了分析研究,提出了一种有效的滚动轴承故障特征分离方法,并分析研究了齿轮箱混合故障诊断方法,验证了方法的有效性和实用性。 齿轮箱故障诊断的振动测试信号具有循环平稳特性和调制现象,所以介绍并分析了循环平稳理论及其统计量,包括循环均值、循环自相关函数、循环谱密度函数、循环平稳度等,另外分析了循环谱切片原理。并结合仿真分析和实验数据对循环平稳方法进行了故障特征的提取研究。 时频分析是现代故障诊断中数字信号处理方法中比较前沿和具有高的时频分辨率的方法,论文中研究了时频分析的基本理论和概念,研究了线性时频分析方法:短时傅里叶变换,并进行了仿真和实验分析。另外,详细分析介绍双线性时频分析,包括运用最广泛的Wigner-ville分布,以及Affine类时频分布,最后介绍了时频分布谱图的重排方法。并通过仿真和实验数据分析验证了短时傅里叶变换、双线性时频分析。最后还研究了针对于时频分析中存在交叉干扰项问题的抑制方法和平衡时频分析中时频分辨率的方法。 最后研究了时频分析中的重要组成部分—小波分析。介绍了小波分析的基本理论,包括连续小波变换、离散小波变换、多分辨分析方法,详细研究了小波包分析的定义、分解与重构方法、小波包频带能量法等。最后提出了将小波包频带能量法和循环自相关函数分析法相结合用于齿轮和滚动轴承的故障特征分离之中,通过实验数据分析得到的结果证明该方法对于具有调制现象的故障发生时是十分有效的,具有一定的实用价值和现实意义。运用多尺度时域平均方法到齿轮箱、滚动轴承的混合故障的特诊分离中,通过仿真分析和实验数据分析的验证了该方法的实用性和有效性。并进行了实小波和复小波分析的比较,得出了复小波对于频率更敏感的结论,最终选择复小波进行实验数据的分析。采用这种方法对齿轮箱中滚动轴承的混合故障进行了诊断分析,得到了较好的效果。