小波分析方法在机械故障诊断中的应用研究

论文摘要

齿轮和轴承是机械设备中最常见的零部件,它的运行状态直接影响到整台设备的功能。本文总结分析了齿轮和轴承典型的故障机理及其振动特征,详细介绍了齿轮和轴承振动信号分析与故障诊断方法,并应用了一种小波包降噪后振动信号处理的新方法。齿轮和轴承出现故障时的振动信号是非平稳信号,用常规傅立叶分析方法达不到良好的效果。小波分析方法可以同时从时域和频域两个方面对信号进行分析,十分适合齿轮和轴承的故障诊断。本文以减速机(齿轮箱)、滑动轴承和汽车发动机为主要实验研究对象,通过小波理论的研究,应用小波包络谱分析对减速机故障诊断进行研究;通过小波包理论的研究,应用小波包能量监测对减速机故障诊断进行研究;通过小波包降噪理论的研究,应用小波包变换分别对减速机、滑动轴承和汽车发动机进行降噪方法研究;通过对MATLAB小波工具箱软件的学习,实现了小波分析方法和小波降噪方法的计算机仿真研究。本文同时应用了一种小波包降噪后的残差信号的频谱分析和统计分析方法,该方法首先对原始振动信号进行小波包降噪,然后根据降噪后的振动信号和原始振动相比的差值提取残差信号,最后通过对残差信号进行频谱分析提取产生噪声信号的特征频率,通过对残差信号的统计量分析判断设备运行状况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 故障诊断在国内外的发展概述
• 1.2 小波理论发展的现状
• 1.3 机械故障诊断主要研究问题
• 1.4 本文研究的内容
• 2 齿轮与轴承的振动分析
• 2.1 齿轮的故障类型和特征频率计算
• 2.1.1 齿轮的故障类型
• 2.1.2 齿轮的特征频率计算
• 2.2 轴承的故障类型和特征频率计算
• 2.2.1 滑动轴承的故障类型
• 2.2.2 滚动轴承的故障类型
• 2.2.3 滚动轴承的特征频率计算
• 3 小波变换及小波包变换理论
• 3.1 从傅立叶变换到小波变换
• 3.2 傅立叶变换基本理论
• 3.2.1 傅立叶变换
• 3.2.2 短时傅立叶变换
• 3.3 小波变换
• 3.3.1 小波变换理论的发展
• 3.3.2 常用的基本小波函数
• 3.3.3 连续小波变换
• 3.3.4 离散小波变换
• 3.3.5 多分辨率分析的工程解释
• 3.4 小波包变换
• 3.4.1 小波包的定义
• 3.4.2 小波包的空间分解
• 3.4.3 小波包分析的优点
• 3.4.4 小波包分解频带能量监测基本原理
• 3.5 小波变换和傅立叶变换的比较
• 3.6 小波降噪原理
• 3.7 小波降噪的过程
• 3.7.1 小波降噪步骤
• 3.7.2 小波包降噪步骤
• 3.8 小波包降噪模型
• 4 基于小波分析机械故障诊断研究
• 4.1 测试系统简介及频率计算
• 4.1.1 振动测试系统简介
• 4.1.2 实验测点布置
• 4.1.3 减速机参数计算
• 4.2 基于小波分析的减速机故障诊断研究
• 4.2.1 减速度机故障树分析
• 4.2.2 振动测试方案
• 4.2.3 测试结果小波分析
• 4.3 基于MATLAB 的大包回转台滑动轴承三维小波分析研究
• 4.4 基于小波包分析的减速机故障诊断研究
• 4.4.1 测试结果小波包分析
• 4.4.2 小波包分解频带能量监测
• 5 基于小波包降噪的机械故障诊断研究
• 5.1 基于小波包降噪的减速机故障诊断研究
• 5.1.1 振动测试方案
• 5.1.2 减速机振动信号小波包降噪
• 5.1.3 小波包降噪后的残差信号分析
• 5.2 基于小波包变换的汽车发动机降噪方法研究
• 5.2.1 振动测试方案
• 5.2.2 汽车发动机振动信号小波包降噪
• 5.2.3 小波包降噪后的残差信号分析
• 5.3 基于小波包降噪的滑动轴承故障诊断研究
• 5.3.1 滑动轴承振动信号小波包降噪
• 5.3.2 小波包降噪后的残差信号分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A MATLAB 小波工具箱简介及其仿真研究
• 在学研究成果
• 致谢