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，機器設(shè)備、交通運輸工具和家用電器的數(shù)量日益增多，噪聲問題也越來越嚴重，噪聲污染已成為當(dāng)代世界性的問題。在機械工程中，機械設(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)量優(yōu)劣的重要標志之一，并且直接影響其經(jīng)濟價值。 振動與聲是源與流的關(guān)系，二者緊密地聯(lián)系在一起，聲因振動而產(chǎn)生，有聲必有振動，這種振動和噪聲含有極為豐富的信息，它間接地反映了設(shè)備的運行狀態(tài)，從而為診斷提供了有力的依據(jù)。由于故障特征信號淹沒在高頻振動和噪聲中較難分辨，經(jīng)典的功率譜方法難以檢測出信噪比較低的故障特征信號，即對噪聲無免疫力，并且對微弱的故障特征信號不敏感，影響了診斷的可靠性和精確性。另外，噪聲的控制問題并不簡單地等同于

3、噪聲降低。我們除了要降低噪聲,同時還要考慮聲音質(zhì)量問題。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進行噪聲控制的——降低噪聲聲級。如今在許多方面降噪已相當(dāng)困難，同時我們也注意到有些聲音事件的聲級并不高，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、擾亂性的聽覺感受，這時，我們就說聲質(zhì)量不好。所以噪聲固然與聲音的強弱有關(guān),它的質(zhì)量也很重要。在目前越來越強調(diào)生活質(zhì)量的社會里，人們對聲質(zhì)量的要求也越來越高，某種情況下聲音質(zhì)量比

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

5、型。 本文的主要研究內(nèi)容如下： (1) 分析了齒輪噪聲的產(chǎn)生機理和特點。 (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頻率分析齒輪故障振動信號的方法,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，能夠有效地提高信噪比，突出振動信號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)用價值和更深入研究的價值。 (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)的二進分形計算方法。基于不同采樣周期的振動信號的網(wǎng)格維數(shù)，建立了由維數(shù)距離為識別系統(tǒng)故障的分形診斷方法，論文以自己研制的多功能試驗臺齒輪箱為研究對象，對齒輪故障進行了分形診斷，在時域上完成了診斷。 (4) 論文詳細討論了人耳聽覺的一般特性及其描述方法，以其為基礎(chǔ)確立聲質(zhì)量的基于主觀感覺的客觀評價方法。 (5) 本文對響度、音調(diào)、時域響度、尖銳度、波動強度、粗糙

7、度、主觀噪度等聲質(zhì)量客觀評價指標的數(shù)學(xué)模型進行了研究。 (6) 分析了分形中的 噪聲及 的合成。 (7) 分析了音樂的和諧機理，在分析和諧機理——“兩音的頻率比愈是簡單的整數(shù)關(guān)系則兩音愈具有和諧的關(guān)系”的基礎(chǔ)上，提出了“多級齒輪傳動盡量平均分配傳動比”的和諧化觀點。 (8) 提出了基于人耳感覺特性的聲音質(zhì)量主觀評價模型：尖銳度指標——基于1/3倍頻程的能量重心法，并通過主觀評價實驗——“成對比較法”對模型進行了驗