毕业设计（论文）开题报告
学生姓名： 悠然待老 学号： 08012015 所在学院： 科技学院 专业：机械设计制造及其自动化 设计（论文题目）：齿轮箱Ⅰ振动时频域信号分析 指导老师： 王土儿
2011年4月12日
第一章 绪论 中文摘要：
随着科学技术的不断进步,机械设备向着高性能、高效率、高自动化和高可靠性的方向发展。齿轮箱由于具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点,被用于改变转速和传递动力的传动部件中,它是机械设备的一个重要组成部分,也是易于发生故障的一个部件,其运行状态对整机的工作性能有很大的影响。因此,对齿轮箱进行状态监测及故障诊断意义重大,不仅可以缩短维修时间、降低维修成本,还可提高诊断准确性和维修质量,创造可观的经济效益。 齿轮箱的振动信号相当复杂,除反映有关齿轮和轴承本身工作情况的信息外,也包含了大量机械中其它运动部件和结构的信息,因此如果仅仅单从时域与频域或小波分析对齿轮箱的振动信号进行分析,则很难准确诊断出齿轮箱各类故障。本文提出并研究了一种新的齿轮箱故障诊断技术——基于时、频域和小波分析的神经网络诊断法,该方法联合时、频域和小波分析的特性来识别齿轮箱故障信号,将所得到的综合信息,进行神经网络训练和诊断,结果证明该研究方法可提高齿轮箱故障诊断的准确性和可靠性。 具体研究内容如下: 研究齿轮箱故障振动的机理。分析齿轮和轴承的常见故障类型及产生的原因,在此基础上研究了齿轮和轴承几种典型故障... 英文摘要：
With the development of science, Machinery has developed to the direction of high performance, high efficiency, high automation and high reliability. The gearbox is used in changing the
rotational speed and the transmission power for fixation rate, high torque tight and structure virtue etc. The gear box is an important component of mechanical device and break down easily; its running status has the very tremendous influence to the complete machine operating performance. So the importance of the condi...
第二章 齿轮振动的简易诊断方法
进行简易诊断的目的是迅速判断齿轮是否处于正常工作状态，对处于异常工作状态的齿轮进一步进行精密诊断分析或采取其他措施。
齿轮的简易诊断包括噪声诊断法、振平诊断法以及冲击脉冲（SPM）诊断法等，最常用的是振平诊断法。
振平诊断法是利用齿轮的振动强度来判别齿轮是否处于正常工作状态的诊断方法。根据判定指标和标准不同，又可以分为绝对值判定法和相对值判定法。 2.1绝对值判定法
绝对值判定法是利用在齿轮箱上同一测点部位测得的振幅值直接作为评价运行状态的指标。
制定齿轮绝对值判定标准的主要依据如下： 1对异常振动现象的理论研究； 2根据实验对振动现象所做的分析； 3对测得数据的统计评价； 4参考国内外的有关标准。 2.2相时值判定法 在实际应用中，对于尚未制定出绝对值判定标准的齿轮，可以充分利用现场测量的数据
进行统计平均，制定适当的相对判定标准，采用这种标准进行判定称为相对值判定法。
第三章 齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法简介
振动和噪声信号是齿轮故障特征信息的载体，目前能够通过各种信号传感器、放大器及其他测量仪器，很方便地测量出齿轮箱的振动和噪声信号，通过各种分析和处理，提取其故障特征信息，从而诊断出齿轮的故障。
以振动与噪声为故障信息载体来进行齿轮的精密诊断，目前齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法有以下几种：
(1)时域分析方法，包括时域波形、调幅解调、相位解调等； (2)频域分析，包括功率谱、细化谱； (3)倒频谱分析；
(4)时频域分析方法，包括短时FFT，维格纳分布，小波分析等； (5)瞬态信号分析方法，包括瀑布图等。
第四章 轴承和齿轮箱的故障诊断
齿轮的中心与轴孔中心不同心，运行中引起振动，以及齿面点蚀、剥落、齿根裂纹、胶合等齿轮失效均可导致设备故障。 4.1齿轮传动中的振动
1．齿轮啮合，齿顶与齿根受力小，中间受力大，结线中间发生点蚀。
2．主动齿轮与从动齿轮有相对摩擦，滑动方向发生变化，一对齿轮啮合一次就振动一次。
3．频谱上出现啮合频率及谐波，即基波和二次、三次谐波等。
4．齿轮磨损时高次谐波比基波增长快。齿轮正常运行时，啮合频率比二次、三次谐波大。齿轮磨损时，二次、三次谐波都比基波大。 4.2诊断方法
频谱出现调制波形，说明有点蚀，出现随机波形，说明有胶合故障，出现脉冲波形，说明齿轮出现裂纹和断齿。 4.3应用事例
1．丙烷P-3/1泵检修后进行负荷试车时，发现电机、增速器和泵的所有测点频谱图上都未出现电机转频（2 950/60 =49.17Hz），只有高速轴转频[2 950/60×（z2/z1）=66Hz；低速齿数z1=33，高速齿数z2=44]，而泵端振动值偏大，分析认为，由于泵端振动值超标，导致电机转频被覆盖。停泵检修后设备运行正常。
第五章 齿轮常见故障信号特征与精密诊断 齿轮故障比较复杂在实际工作中，通常是先利用常规的时域分析、频谱方法对齿轮故障做出诊断，这种诊断结果有时就是精密诊断结果，有时还需要利用上节所述的分析处理方法进一步对故障进行甄别和确认，最终得出精密诊断结果。 5.1正常齿轮的时域特征与频域特征 (1)时域特征
正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性的衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合波形。
(2)频域特征
正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及其谐波分量。 5.2故障情况下振动信号的时域特征与频域特征
1.均匀磨损:齿轮均匀磨损是指由于齿轮的材料、润滑等方面的原因或者长期在高负荷下工作造成大部分齿面磨损。
(1)时域特征:齿轮发生均匀磨损时，导致齿侧间隙增大，通常会使其正弦波式的啮合波形遭到破坏，是齿轮发生磨损后引起的高频及低频振动。
(2)频域特征: 随着磨损的加剧，还有可能产生1/k（k=2，3 ，4 ，…）的分数谐波，有时在升降还会出现如图5所示的呈非线性振动的跳跃现象。
2.齿轮偏心:齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，这种故障往往是由于加工造成的。
(1)时域特征:当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动。
(2)频域特征:齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动，这时的调制频率为齿轮的回转频率。 5.3齿轮不同轴
齿轮不同轴故障是指由于齿轮和轴装配不当造成的齿轮和轴不同轴。不同轴故障会使齿轮产生局部接触，导致部分轮齿承受较大的负荷。
(1)时域特征:当齿轮出现不同轴或不对中时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。 (2)频域特征:具有不同轴故障的齿轮，由于其振幅调制作用，会在频谱上产生以各阶啮合频率nfc(n＝1，2,…）为中心，以故障齿轮的旋转频率fr为间隔的一阶边频族，即nfc士fr（n＝1，2,…）。
5.4齿轮局部异常:齿轮的局部异常包括齿根部有较大裂纹、局部齿面磨损、轮齿折断、局部齿形误差等。局部异常齿轮的振动波形是典型的以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲。
第六章 齿轮的振动测量与简单诊断 6.1齿轮的振动测量
齿轮振动的频带很宽，而且低频和高频振动中均包含有诊断各种异常振动非常有用的信息，因此对齿轮振动的测量要求比一般机械的振动测量要高。在对齿轮振动进行测量时，注重点注意如下几个问题：
1．测点选择:齿轮发生的异常是各种各样的，发生最大振动的方向也各不相同，因此一般应尽可能地沿水平、垂直和轴向三个方向进行测定。
2．测量参数:齿轮发生的振动中，其频带较宽。对这种宽带频率成分的振动进行监测与诊断时，一般情况下应将所测的振动按频带分级，然后根据不同的频率范围选择相应的测量参数。
3．传感器的安装方法：加速度传感器可测定频率范围较宽的振动，它最终能测定的范围取决于安装方法。
4．测定周期:定期测定是为了能够发现处于初期状态的异常，所以需要对齿轮的检测规定合适的周期。
6.2测定参数法进行齿轮的简易诊断
衡量设备振动值大小最直接的方法是计算振动速度或加速度信号的均方根值，它能反映出设备的振动水平。
主要参考文献：
【1】丁康，李巍华，朱小勇.齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术.北京：机械工业出版社。
2006
【2】钟秉林，黄仁.机械故障诊断学.北京：机械工业出版社，1997 【3】王济，胡晓.MATLAB在振动信号处理中的应用.北京：中国水利水电出版社，2006 【4】沈庆根，郑水英.设备故障诊断.北京：电子工业出版社，2006 【5】燕庆明.信号分析与处理.北京：电子工业出版社，2009
【6】MDTB data （Data CDs：test-runs #9,#7,#5 and #14）,Condition-Based Maintenance Department,Applied Research Laboratory,The Pennsylvania State University,1998
齿轮箱Ⅰ振动时频域信号分析
