齒輪系統(tǒng)的非線性動力學與故障診斷研究.pdf

1、當前，隨著機械設備向著高速、重載、精密方向的發(fā)展，對機械傳動設備的要求越來越高。不僅要求能夠傳遞較大的功率和載荷，而且要求傳動系統(tǒng)本身必須具備較好的可靠性，從而降低設備的運營成本并提高設備運營過程中的安全性。齒輪和軸承系統(tǒng)作為一種廣泛應用的傳動設備，是各種機械系統(tǒng)中的重要傳動裝置，在機械、化工、航天、船舶等行業(yè)的設備中起著非常關鍵的作用。同時，齒輪的工作狀態(tài)正常與否對運動和動力的傳輸具有重要的影響。因此，研究齒輪系統(tǒng)的非線性動力學和故障

2、診斷具有重要的理論價值和工程意義。 自上世紀50年代以來，很多學者開展了對齒輪系統(tǒng)的非線性動力學和故障診斷的深入研究。提出了很多實用的動力學分析方法，如諧波平衡法、有限元法、多種數(shù)值積分方法、實驗方法等，得到了很多有益的成果。同時很多現(xiàn)代信號處理技術，如小波變換、高階統(tǒng)計量理論、非線性時間序列分析方法等也被用于齒輪系統(tǒng)的故障特征提取。這些研究極大地推動了齒輪系統(tǒng)的應用程度和范圍，一定程度上加快了工業(yè)化的進度。但是，囿于研究手段和

3、方法，關于齒輪系統(tǒng)的非線性動力學和故障診斷仍然存在很多需要解決的問題。本文主要對齒輪系統(tǒng)的強非線性動力學和現(xiàn)代信號處理技術在齒輪故障診斷中的應用進行研究，其主要貢獻如下： 1.通過增量諧波平衡法建立單自由度直齒輪副的任意階周期解的統(tǒng)一形式。通過解析解與數(shù)值解進行比較，證明了本文方法的正確性。同時比較本文研究結果和國外的研究成果，指出了一些被國外學者忽略的問題。最后研究了系統(tǒng)參數(shù)對幅頻曲線的影響。這些結果將為齒輪系統(tǒng)的動力學與控制

4、提供理論依據(jù)。 2.研究分數(shù)Fourier變換的定義和算法，尤其是Ozaktas的快速算法中關于2倍插值的問題。通過對一些典型信號的分析，可以證實本文提出的Shannon插值方法具有較高的計算精度。最后利用分數(shù)Fourier變換對齒輪故障的模擬信號進行了研究。 3.研究了兩種分數(shù)小波變換的定義、性質(zhì)和算法，尤其是分數(shù)樣條小波的快速算法。比較了分數(shù)樣條小波變換和傳統(tǒng)的樣條小波變換二者在信號處理時的精度問題，同時通過一組齒輪

5、故障的模擬信號說明分數(shù)樣條小波變換在故障診斷中應用的可行性。 4.通過分析、比較現(xiàn)有的盲信號分離技術，建立了基于聯(lián)合對角化技術的盲信號分離技術統(tǒng)一框架。同時提出并證明了分數(shù)Fourier變換關于信號相關性的一個新性質(zhì)?；谶@個新性質(zhì)，提出了一種基于分數(shù)Fourier的盲信號分離新方法。通過對數(shù)值仿真信號和陽泉車輛段實測的貨車軸承故障信號進行分析，證明了這種新方法的正確性和可行性。 5.通過現(xiàn)有的齒輪故障實驗臺對實測齒輪故

6、障信號分析，比較了前面介紹的分數(shù)樣條小波變換和盲信號分離技術在齒輪故障診斷中應用的效果。 6.提出了一種將高階統(tǒng)計量技術與包絡分析相結合的故障診斷方法，并將該方法用于貨車197726型滾動軸承的故障診斷。隨后利用VisualC++6.0開發(fā)了基于高階統(tǒng)計量與包絡分析相結合的故障診斷軟件。該軟件既可以單獨使用，也可以作為現(xiàn)有貨車故障診斷軟件的一個模塊使用。這些研究將為貨車軸承的故障診斷提供幫助。 文中對所取得的成果進行了總