基于小波和分形理論的齒輪故障特征提取及噪聲的和諧化研究.pdf

1、噪聲污染屬于一種物理污染，和其他污染不同，它隨著聲源發(fā)聲而開始出現(xiàn)，停止發(fā)聲而消失，不存在累積現(xiàn)象。但是，由于聲源和聲源暴露人群的廣泛存在，噪聲污染一直是人們最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一，因此控制各類噪聲污染的任務(wù)十分繁重。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，機(jī)器設(shè)備、交通運(yùn)輸工具和家用電器的數(shù)量日益增多，噪聲問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，噪聲污染已成為當(dāng)代世界性的問(wèn)題。在機(jī)械工程中，機(jī)械設(shè)備的噪聲不僅是工業(yè)噪聲的主要組成部分，而且也是設(shè)備

2、質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)志之一，并且直接影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 振動(dòng)與聲是源與流的關(guān)系，二者緊密地聯(lián)系在一起，聲因振動(dòng)而產(chǎn)生，有聲必有振動(dòng)，這種振動(dòng)和噪聲含有極為豐富的信息，它間接地反映了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而為診斷提供了有力的依據(jù)。由于故障特征信號(hào)淹沒(méi)在高頻振動(dòng)和噪聲中較難分辨，經(jīng)典的功率譜方法難以檢測(cè)出信噪比較低的故障特征信號(hào)，即對(duì)噪聲無(wú)免疫力，并且對(duì)微弱的故障特征信號(hào)不敏感，影響了診斷的可靠性和精確性。另外，噪聲的控制問(wèn)題并不簡(jiǎn)單地等同于

3、噪聲降低。我們除了要降低噪聲,同時(shí)還要考慮聲音質(zhì)量問(wèn)題。傳統(tǒng)的噪聲控制主要是從減低人耳聽力損傷方面考慮來(lái)進(jìn)行噪聲控制的——降低噪聲聲級(jí)。如今在許多方面降噪已相當(dāng)困難，同時(shí)我們也注意到有些聲音事件的聲級(jí)并不高，它不一定損壞人的聽力但可以產(chǎn)生一種令人不愉悅的、煩惱的、擾亂性的聽覺(jué)感受，這時(shí)，我們就說(shuō)聲質(zhì)量不好。所以噪聲固然與聲音的強(qiáng)弱有關(guān),它的質(zhì)量也很重要。在目前越來(lái)越強(qiáng)調(diào)生活質(zhì)量的社會(huì)里，人們對(duì)聲質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，某種情況下聲音質(zhì)量比

4、聲音的強(qiáng)弱更重要。這就要求我們要找到一種基于人耳聽覺(jué)特性的反映聲質(zhì)量的所謂主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系，以便為最終的聲質(zhì)量控制提供更具體的評(píng)判依據(jù)。 本課題由國(guó)家教育部重點(diǎn)研究項(xiàng)目：“噪聲全息可視化測(cè)量分析系統(tǒng)的研究”，重慶市教委科技項(xiàng)目：“變速箱噪聲和諧化測(cè)控新方法的研究”的支持。作者作了大量的理論研究和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究工作。研究的對(duì)象是齒輪噪聲。研究路線是：齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理及特性→故障診斷（識(shí)別主聲源）→降噪→人耳聽覺(jué)特性→聲質(zhì)量評(píng)價(jià)模

5、型。 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 分析了齒輪噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn)。 (2) 闡述了復(fù)解析小波用于包絡(luò)提取的原理，建立了一種基于復(fù)解析小波變換的瞬時(shí)頻率分析齒輪故障振動(dòng)信號(hào)的方法,該方法將希爾伯特變換與小波變換相結(jié)合，具有自適應(yīng)分析能力，克服了Hilbert變換的固有缺點(diǎn)，能夠有效地提高信噪比，突出振動(dòng)信號(hào)的邊頻帶及故障特征，改善了頻譜分析的效果，具有一定的應(yīng)用價(jià)值和更深入研究的價(jià)值。 (3) 介紹了

6、分形的原理及特征以及分形用于設(shè)備故障診斷的原理。提出了網(wǎng)格維數(shù)的二進(jìn)分形計(jì)算方法。基于不同采樣周期的振動(dòng)信號(hào)的網(wǎng)格維數(shù)，建立了由維數(shù)距離為識(shí)別系統(tǒng)故障的分形診斷方法，論文以自己研制的多功能試驗(yàn)臺(tái)齒輪箱為研究對(duì)象，對(duì)齒輪故障進(jìn)行了分形診斷，在時(shí)域上完成了診斷。 (4) 論文詳細(xì)討論了人耳聽覺(jué)的一般特性及其描述方法，以其為基礎(chǔ)確立聲質(zhì)量的基于主觀感覺(jué)的客觀評(píng)價(jià)方法。 (5) 本文對(duì)響度、音調(diào)、時(shí)域響度、尖銳度、波動(dòng)強(qiáng)度、粗糙

7、度、主觀噪度等聲質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究。 (6) 分析了分形中的 噪聲及 的合成。 (7) 分析了音樂(lè)的和諧機(jī)理，在分析和諧機(jī)理——“兩音的頻率比愈是簡(jiǎn)單的整數(shù)關(guān)系則兩音愈具有和諧的關(guān)系”的基礎(chǔ)上，提出了“多級(jí)齒輪傳動(dòng)盡量平均分配傳動(dòng)比”的和諧化觀點(diǎn)。 (8) 提出了基于人耳感覺(jué)特性的聲音質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)模型：尖銳度指標(biāo)——基于1/3倍頻程的能量重心法，并通過(guò)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)——“成對(duì)比較法”對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)