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1、I 本科生毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 基于振动信号的齿轮故障诊断方法研究 学院： 信息科学与技术学院 专业： 通信工程 班级： 通信 0801 学生： XXX 指导教师（含职称）： XXX（副教授）专业负责人： XXX 1设计（论文）的主要任务及目标 (1)查阅齿轮振动信号特征提取相关资料，写出文献综述，开题报告等。 (2)运用所掌握的振动信号提取方法，运用matlab仿真齿轮的原始故障信号。 2设计（论文）的基本要求和内容 (1)查阅资料，了解该领域的历史，现况，发展及问题，写出文献综述。 (2)掌握齿轮故障信号的小波分析，时频域分析，EMD 分析，完成中期检查。 (3)运用
2、 matlab 进行信号处理仿真，并写出毕业论文。 (4)在完成上述工作的基础上，准备毕业论文答辩。 3 主要参考文献 1 高珍，马金山，熊晓燕齿轮故障诊断的小波分析方法J机械管理开发， 2005，2(83)：1-2 2 高伟基于改进的经验模式分解的旋转设备振动信号特征提取J汽轮机技 术，2008，504：293-296 4进度安排 设计（论文）各阶段名称起 止 日 期 1 文献查阅、阅读，准备文献综述、英文翻译2 月 14 日2 月 29 日 2 整理出信号的时频域分析及 EMD 方法分析方法3 月 1 日4 月 1 日 3 中期报告撰写、中期检查4 月 2 日4 月 11 日 4 基于 m
3、atlab 实现信号振动提取与齿轮故障诊断研究4 月 12 日5 月 15 日 5 毕业论文的修改，准备毕业答辩5 月 16 日毕业 II 摘摘 要要 随着科学技术的不断发展，机械设备向着高性能、高自动化、高效率和高可靠 性的方向发展。齿轮箱因为具有传动比固定、传动转矩大、结构紧凑等优点，因此 齿轮箱是用于改变转速和传递动力的最常用的传动部件，是机械设备的一个重要组 成部分，也是最容易发生故障的一个部件。而在机械设备中，齿轮的使用频率很高， 因此齿轮的故障诊断技术对机器的使用质量和使用寿命都起了非常重要的作用。本 文从时域、频域，时频域和经验模式分解进行了齿轮故障诊断的方法研究。时域分 析主要
4、应用时域特征参数分析方法进行故障特征参数的提取，频域分析主要通过快 速傅里叶变化，从频谱图上进行齿轮正常状态和故障状态振动信号的对比分析。时 频域分析主要是通过一维三层离散小波变换，把原始信号细化为三层，每层又分为 高频信号和低频信号。经验模式分解主要是在齿轮故障振动信号中的实际应用，对 采集到齿轮四种状态下的振动信号通过EMD分解，提取了故障信号的特征信息，为 识别故障类型提供了有效的分析手段。故障信息特征提取是齿轮故障诊断中最关键、 最重要的问题之一，它直接关系到齿轮故障诊断的准确性和早期故障预报的可靠性。 关键词：关键词：齿轮；故障诊断；小波变换；经验模式分解 III ABSTRACT
5、With the continuous development of science and technology,machinery and equipment are toward the direction of the development of the high-performance, high automation, high efficiency and high reliability . Gear box has the advantages of the transmission ratio fixed, the drive torque, compact gear b
6、ox is the most commonly used to change the speed and transmission of power transmission components. It is an important component of the machinery and equipment, but is also a part of the most prone to failure. And of the machinery and equipment, the gear is a high frequency of use , so the gear faul
7、t diagnosis technology have played a very important role for the use of the quality and service life of the machine. The article is from time domain, frequency domain, time-frequency domain, the empirical mode decomposition to study the gear fault diagnosis. Time-domain analysis of the main applicat
8、ion domain characteristic parameters of analytical methods for fault feature parameter extraction, frequency domain analysis of fast Fourier transform, the gear normal state and fault state comparative analysis of the vibration signal from the spectrogram. Time-frequency analysis is one-dimensional
9、three-layer discrete wavelet transform, the original signal is subdivided into three layers, each layer is divided into high- frequency signals and low-frequency signals. Empirical mode decomposition is the practical application of fault vibration signals of gearbox fault signal feature information
10、extracted by EMD, the collected vibration signals in gear four states provide an effective analytical tools to identify the type of fault. Fault information feature extraction is the most critical in gearbox fault diagnosis, one of the most important issues, is directly related to gearbox fault diag
11、nosis accuracy and reliability of early fault prediction. Keywords：Gear，Fault Diagnosis，Wavelet Transform，Empirical Mode Decomposition IV 目目 录录 前前 言言1 第第 1 章章 绪论绪论2 第 1.1 节 齿轮故障诊断的简介及意义.2 1.1.1 齿轮故障诊断一般步骤.2 1.1.2 齿轮故障诊断的方法.2 1.1.3 齿轮故障诊断的意义.3 第 1.2 节 国内外研究现状及趋势.4 第 1.3 节 本文研究的主要内容.6 第 1.4 节 本章小结.6 第
12、第 2 章章 齿轮故障诊断基础齿轮故障诊断基础7 第 2.1 节 齿轮故障常见形式.7 2.1.1 齿面磨损.7 2.1.2 齿面胶合和擦伤.7 2.1.3 齿面接触疲劳（点蚀、削落）.8 2.1.4 弯曲疲劳和断齿.8 第 2.2 节 齿轮常见故障征兆.8 2.2.1 设备在外观方面的故障征兆.8 2.2.2 齿轮在性能方面的故障征兆.9 第 2.3 节 齿轮振动信号的特征分析.9 V 2.3.1 齿轮轴的转动频率及其各次谐波.9 2.3.2 齿轮的啮合频率.10 2.3.3 由调制效应而产生的边频带.11 2.3.4 齿轮振动的特征频率.12 2.3.5 几种特殊状态齿轮的频域特征.13
13、第 2.4 节 齿轮故障诊断试验台及齿轮振动信号简介.14 第 2.5 节 MATLAB 简介及在故障诊断中的应用.15 第 2.6 节 本章小结.17 第第 3 章章 齿轮故障诊断时域方法分析齿轮故障诊断时域方法分析18 第 3.1 节 时域分析的基本理论.18 3.1.1 时频域分析.18 第 3.2 节 小波变换.19 3.2.1 连续小波变换.20 3.2.2 离散小波变换.21 第 3.3 节 一维离散小波 MATLAB 中实现方法23 第 3.4 节 基于一维离散小波对齿轮故障诊断的研究.23 第 3.5 节 频域分析在齿轮故障诊断中的应用.26 3.5.1 MATLAB 中的 F
14、FT 变换27 3.5.2 频谱分析.27 第 3.6 节 本章结论.30 VI 第第 4 章章 基于基于 EMD 的齿轮故障诊断的齿轮故障诊断 31 第 4.1 节 基于 EMD（经验模式分解）的振动信号特征提取.31 4.1.1 EMD 的研究背景.31 4.1.2 经验模式分解(EMD)方法原理.31 4.1.3 基于 EMD 的振动信号特征提取分析33 第 4.2 节 基于 EMD 对齿轮故障诊断的研究37 第 4.3 节 针对仿真出来的波形进行分析.43 第 4.4 节 本章小结.43 第第 5 章章 结论结论44 第 5.1 节 本文结论44 参考文献参考文献.45 致致 谢谢47
15、 0 前前 言言 机械设备中大部分是旋转机械，覆盖着动力、电动、化工、冶金、机械制造等 重要工程领域，是工厂的关键设备，起工况状态不仅影响机器设备本身的运行，而 且还会对后续生产造成损失，严重会对国民经济造成巨大损失或机毁人亡的后果。 而齿轮传动是旋转机械中应用最为普遍的机械结构。齿轮传动多以齿轮箱的结构出 现，它是目前广泛采用的主要传动形式之一。虽然齿轮从设计、结构、材料到制造 等方面已相当成熟和规范。但仍然难以避免诸如磨损、剥落、点蚀、裂纹等常发生 的故障。研究表明，齿轮箱80的故障由齿轮引发的；而90的齿轮故障都是局部 故障，例如裂纹、崩齿等。特别对于大型机械设备对齿轮故障进行检测和诊断
16、更是 重要，因此研究齿轮故障诊断意义重大。 齿轮装置在运行中与其运行状态有关的征兆由温度、噪声、振动、润滑油中磨 损物的含量及形态、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根应力分布等构成。基 于这些因素产生了多种故障诊断技术，如(1)振动信号检测与诊断方法。目前大多数 的齿轮故障诊断技术均以振动信号为研究对象，从时域、频域、时频联合域不同的 角度对其分析和解释。(2)模态分析与参数识别法。(3)磨屑残余物测定法。其主要包 括铁谱法、磁塞法、光谱法等。(4)声学法。此方法易受背景噪声的影响，使得分析 结果与实际情况出入较大。(5)温度监测法。对压痕、裂纹等典型故障无检测能力。 而目前效果最好并最广泛应用的是通过振动信号的检测和诊断在时频域进行分析的 方法。 1 第第 1 章章 绪论绪论 第第 1.1 节节 齿轮故障诊断的简介及意义齿轮故障诊断的简介及意义 1.1.1 齿轮故障诊断一般步骤齿轮故障诊断一般步骤 齿轮工作时产生的振动是反应齿轮传
