基于虚拟仪器技术的齿轮箱故障诊断仪的研制

论文摘要

齿轮箱是一种在各类机械设备中被广泛使用的传动部件,由于其结构复杂,工作环境恶劣等原因,使齿轮箱受到损害和出现故障的事件频发,而齿轮箱故障诊断技术一直是设备状态诊断技术的重要组成部分,所以研究齿轮箱的故障诊断具有很重要的现实意义。虚拟仪器的出现和应用改变了传统仪器的概念、模式和结构。本课题齿轮箱故障诊断仪正是以设备检测诊断技术和虚拟仪器技术相结合为基础,基于Windows平台的研制开发。本文介绍了齿轮箱故障诊断的研究现状及开展设备故障诊断的意义;分析了齿轮箱故障诊断的机理;研究了齿轮箱故障的信号特征;提出了基于虚拟仪器技术的齿轮箱诊断仪的方案设计。基于以上分析,最后开发出完整的齿轮箱故障诊断仪。本文详细阐述了以下几个方面的研究开发工作。①利用振动原理和实验研究分析了齿轮箱中齿形误差、齿轮均匀磨损、箱体共振、轴不平衡等典型故障,对每种故障特征从时域、频域及时频域进行分析判断,确定最准确快捷的诊断方案。②由于齿轮箱故障中有大量的瞬变信号存在,所以除了采用传统的时域、频域分析方法外,还采用了小波分析及短时傅立叶变换分析等方法。将故障信号和正常的齿轮箱信号进行分析比较,确定每种故障的最佳判断特征,在此基础上开发出行之有效的齿轮箱故障诊断系统。③对开发系统所应用到的硬件、软件进行详细的论述,并在此基础上开发出基于虚拟仪器技术的齿轮箱故障诊断仪。为了验证系统的可靠性和实用性等特性,最后通过现场实验验证了本系统的每一种诊断方法,每一种判断依据,实验证明了该虚拟式齿轮箱故障诊断仪是一种可推广使用的齿轮箱故障诊断仪。它不但拓展了诊断仪器的开发模式,方便了诊断仪器的开发,而且也扩大了虚拟仪器技术的应用,在经济上节约了开发成本、在时间上缩短了开发周期、在效益上创造了更大的经济效益和社会效益,具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 设备状态检测与故障诊断
• 1.3 齿轮箱故障诊断技术的国内外研究现状
• 1.4 本课题的主要研究目的及内容
• 1.4.1 本课题的研究目的
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 2 虚拟仪器技术
• 2.1 虚拟仪器的概念
• 2.2 虚拟仪器的产生和现状
• 2.3 虚拟仪器的形成及特点
• 2.3.1 虚拟仪器的形成
• 2.3.2 虚拟仪器的特点
• 2.4 虚拟仪器的总线标准及软硬件系统
• 2.5 虚拟仪器的开发平台
• 2.6 小结
• 3 齿轮箱故障振动产生机理
• 3.1 概述
• 3.2 齿轮箱的结构
• 3.2.1 齿轮
• 3.2.2 轴
• 3.2.3 轴承
• 3.3 齿轮振动机理
• 3.3.1 齿轮的简化振动模型
• 3.3.2 齿轮的啮合刚度
• 3.3.3 齿轮的啮合频率
• 3.3.4 齿轮啮合的调制现象和边频带
• 3.3.5 齿轮振动的其它成分
• 3.4 齿轮箱中滚动轴承振动的产生
• 3.5 齿轮箱中振动的几种主要形式
• 3.6 小结
• 4 齿轮箱故障分析及振动信号特征提取
• 4.1 概述
• 4.2 齿轮箱故障的主要形式及成因
• 4.2.1 齿轮故障及成因
• 4.2.2 转轴故障及成因
• 4.2.3 轴承故障及成因
• 4.3 齿轮箱振动信号的处理方法
• 4.3.1 时域分析
• 4.3.2 频域分析
• 4.3.3 时频分析
• 4.4 齿轮箱故障诊断系统特征的选取与判定
• 4.4.1 齿形误差
• 4.4.2 齿轮均匀磨损
• 4.4.3 箱体共振
• 4.4.4 断齿
• 4.4.5 轴故障
• 4.4.6 轴承故障
• 4.5 小结
• 5 基于虚拟仪器技术的齿轮箱故障诊断仪的设计
• 5.1 概述
• 5.2 系统总体设计
• 5.3 系统硬件设计
• 5.4 系统软件设计
• 5.5 小结
• 6 振动测试分析与故障诊断实例验证
• 6.1 实验对象
• 6.2 诊断实例
• 6.2.1 测点的布置
• 6.2.2 实验框图
• 6.2.3 信号的采集与保存
• 6.3 诊断分析及结论
• 6.3.1 测试工况与相关频率
• 6.3.2 诊断分析与结论
• 6.4 数据管理与诊断报告
• 6.5 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录