多路振动采集系统设计及主减速器故障诊断

论文摘要

直升机主减速器作为直升机的重要动力传输系统,一般为齿轮传动式,它有发动机的功率输入端以及与旋翼、尾桨附件传动轴相联的功率输出端,也是传动装置中最复杂、最大、最重的一个部件。主减速器作为旋转机械设备中的一种,其常见故障类型为机器运行失稳、发生异常振动和噪声、转速发生变化等。主减速器的每一种故障都有各自的特征频率,故障频率都与发动机的功率输入转速有关,或等于转轴的同转频率或倍频或分频。因此,主减速器的振动信号大多数是些周期信号,准周期信号,或平稳随机信号。对主减速器进行故障诊断主要是利用振动传感器监测其工作期间各传动齿轮及轴承处的振动水平,抓住各个故障的特征频率,对振动数据进行时域和频域的分析,提取出故障特征,然后进行综合分析,以提高诊断的可靠性。本论文主要以某型直升机的主减速器试验台为研究对象,设计一套能够对旋转机械类设备进行多路数据采集的多路数据采集系统,并对其进行简单的故障诊断。本论文在硬件设计方面,实现了前端信号调理电路的设计、以FPGA为核心的模/数转换电路和数据传输网口设计、电源模块设计及数据存储模块设计;在软件设计方面,以VHDL语言实现了程控放大控制、A/D控制、网口收发程序,以基于VxWorks操作系统的C语言设计实现数据的接收和存储;在故障诊断算法方面,对采集的振动数据进行了无量纲幅域分析、频谱分析、包络分析、倒频谱分析及专家系统诊断技术。通过分析得出:主减速器尾轴输出处存在故障征兆。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.1.1 课题研究的必要性
• 1.1.2 对主减速器进行故障诊断的意义
• 1.2 国内外多路振动采集系统发展现状
• 1.3 国内外旋转机械故障诊断研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 主减速器试验台简介
• 2.1 主减速器试验台概述
• 2.2 传感器的选择
• 2.2.1 振动传感器的选择
• 2.2.2 光电转速传感器的选择
• 2.3 传感器的安装
• 2.3.1 振动传感器的安装
• 2.3.2 光电转速传感器的安装
• 2.4 本章小结
• 3 多路振动采集系统总体设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统总体设计
• 3.3 机载电路总体设计
• 3.4 地面分析算法总体设计
• 3.5 结构设计
• 3.6 本章小结
• 4 机载电路设计
• 4.1 设计准则
• 4.2 信号调理模块设计
• 4.2.1 ICP 型振动信号调理电路设计
• 4.2.2 光电转速传感器信号调理电路设计
• 4.3 信号采集传输模块设计
• 4.3.1 模/数转换设计
• 4.3.2 数据传输网口设计
• 4.4 电源模块设计
• 4.4.1 简介
• 4.4.2 典型电路设计
• 4.4.3 测试结果和结论
• 4.5 数据存储模块设计
• 4.5.1 引言
• 4.5.2 电路OEM 设计
• 4.5.3 软件设计及调试
• 4.6 本章小结
• 5 地面分析算法设计
• 5.1 无量纲幅域算法
• 5.2 信号的频谱算法
• 5.3 信号的包络算法
• 5.4 信号的倒频谱算法
• 5.5 专家系统诊断算法
• 6 系统在主减速器试验台上的应用
• 6.1 无量纲幅域分析
• 6.2 频谱分析
• 6.3 包络分析
• 6.4 倒频谱分析
• 6.5 专家系统诊断
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录