关键词： 螺旋伞齿轮   感应加热   感应器   磁热耦合   温度场  

摘要： 感应加热作为以电能为主要驱动能的加热方式,能够在短时间内实现对工件外表面的加热,为提高工件热处理效率,国内制造业逐步在齿轮表面强化中普及感应热处理工艺。感应热处理可以实现工件表面硬化的同时,确保工件内部仍具有足够韧性,但对于异形结构的螺旋伞齿轮而言,感应加热很难实现齿廓表面的均匀加热,从而使得齿轮表面金相组织分布不均,导致齿廓表面热处理后存在开裂、变形和较大的残余应力的缺陷。本文通过数值模拟来分析不同结构感应器和各工艺参数对螺旋伞齿轮感应加热过程的作用机制,为螺旋伞齿轮的进一步热处理提供技术参考。首先,基于感应加热基础理论制定螺旋伞齿轮感应加热的方案,利用ANSYS有限元软件编写APDL语言,建立静态感应加热的数值模拟宏程序。提取数值模拟结果,观察感应器产生的电、磁场分布,分析感应器的结构变化以及空间位置变化对齿廓温度场分布的影响规律。其次,开发基于ANSYS节点单元的步进移动耦合仿真法,以此研究感应器以不同移动速度和移动方向下进行加热时,齿廓电磁场和温度场演变规律。提出温度迁跃率的概念,以此量化分析不同感应器移动速度下螺旋伞齿轮端面的尖角效应表现程度。最后,搭建能够满足设计要求的实验台架,设计螺旋伞齿轮动态加热移动方案,利用实验室现有设备进行螺旋伞齿轮静态和动态感应加热实验,提取实验数据与数值模拟结果进行对比,从而验证所建立的数值模拟方案的准确性。

关键词： 齿轮箱系统   振动特性   Markov模型   多场耦合   多失效模式相关性   可靠性  

摘要： 我国高速铁路运营里程稳居世界第一,全国高铁网已经覆盖94.7%以上的百万级人口的城市。中国铁路已经掌握了设计、制造满足各种运行环境的高速列车成套技术,具备自主创新能力,形成了自主的技术标准与设计方法。高速列车的行车过程中,各个系统的可靠性共同决定了高速列车整车的可靠性,对高速列车的行车安全及运力保障起到至关重要的作用。高速列车的齿轮箱系统是高速列车传动系的重要组成,是高速列车动力传递路线上的关键环节,其可靠性研究对于高速列车的安全性、可靠性和经济性有着重要的意义。本文以某型高速列车齿轮箱为研究对象,在分析齿轮箱内、外激励的基础上建立齿轮箱内部齿轮传动机构的弯-扭-轴-摆耦合动力学模型,分析了齿轮传动机构的振动特性,基于子结构导纳法建立齿轮箱各零件的导纳矩阵,结合齿轮传动机构的动力学分析结果及齿轮箱的导纳矩阵,从振动功率流角度分析了齿轮箱系统的振动传递特性、振动的主要传递路径,并分析了阻尼参数、刚度参数对齿轮箱系统振动功率的影响,为齿轮箱系统的振动控制研究、基于振动能量传递的振动机理分析提供参考。在齿轮箱的动态特性理论分析基础上,对高速列车齿轮箱的振动加速度进行实车采集,应用核密度估计理论对齿轮箱系统进行振动评价,并基于核密度估计结果确定振动响应阈值,为齿轮箱的振动监测及振动监控阈值优化提供参考。基于Markov模型,应用AK-MCS算法,结合Copula理论分别从系统运维、系统运行过程等角度对其进行了可靠性分析,为齿轮箱系统的运维决策优化、动态可靠性监测提供指导。主要研究内容如下:(1)高速列车齿轮箱系统的动力学建模首先,以高速列车齿轮箱内部的一级齿轮传动机构为研究对象,分析其时变啮合刚度、误差激励、啮合冲击激励以及外部激励。然后,基于力、振动位移分解法,建立综合考虑啮合冲击激励、误差激励、时变啮合刚度激励及外部激励的斜齿轮弯-扭-轴-摆耦合振动模型,得到齿轮传动机构的振动载荷列阵,分析齿轮传动机构的振动特性及振动激励。最后基于子结构导纳法建立关键部件的导纳矩阵,结合齿轮传动机构的动力学分析,基于功率流思想建立齿轮箱系统的耦合动力学模型。(2)高速列车齿轮箱系统振动传递特性分析及振动评价基于建立的高速列车齿轮箱系统振动功率流模型,对齿轮箱系统进行分层传递路径分析,通过分析结果辨识振动主要的传递路径,并分析阻尼参数、刚度参数对齿轮箱系统振动功率的影响。基于实车测试的齿轮箱振动响应数据并结合核密度估计理论,对齿轮箱系统进行振动评价。确定了各关键部件振动响应核密度估计的最优置信区间,计算了各关键部件振动响应的监控阈值。分析结果及研究方法为实车运行中齿轮箱关键位置的振动监测及振动监控阈值优化提供参考。(3)基于振动响应的高速列车齿轮箱可靠性分析基于Markov理论建立高速列车齿轮箱系统的Markov状态模型。依据齿轮箱振动加速度响应数据的分析,通过EEMD方法对信号进行降噪分解处理,确定各关键部件的响应协变量及本征维数,建立各关键零件的WPHM模型,通过极大似然估计方法估计模型参数,基于WPHM计算齿轮箱各主要零件的实时故障率,基于Markov状态转移模型评估齿轮箱系统及各关键零件的状态概率,分析其故障率及修复率对齿轮箱系统可靠性的影响,为齿轮箱系统的维修决策优化提供参考。(4)基于流-固-热耦合的高速列车齿轮箱热可靠性研究对高速列车齿轮箱系统进行传热及温升分布分析,基于有限元分析软件对齿轮箱的流-固-热耦合状态进行分析,确定稳态温度场分布情况。基于分析结果设计温升试验,在验证前文的温度场分析的同时,确定了温度场的概率分布情况,为齿轮箱关键发热部件的热可靠性分析提供取样依据。基于AK-MCS算法对齿轮箱的热可靠性进行分析,得出温度对主动齿轮及主动齿轮轴轴承可靠性的影响,对高速列车齿轮箱在实车运行中的温度监测限值及齿轮箱可靠性的优化提供依据。(5)基于多失效模式相关性的高速列车齿轮箱可靠性研究基于经典应力-强度干涉理论,将随机载荷作用次数视为Poisson过程,通过Gamma过程描述零件的强度退化,由零件材料或零件的P-S-N曲线确定各零件的Gamma强度退化参数,综合考虑顺序统计量理论、时变载荷及强度退化过程建立齿轮箱各关键零件的应力-强度干涉模型,基于该模型分析各关键零件的动态可靠性。将高速列车齿轮箱视为串联系统,引入Gumbel Copula函数,考虑不同零件之间及同一零件不同失效模式之间的相关性,确定Gumbel Copula函数嵌套关系,基于核密度估计及极大似然估计法确定Gumbel Copula函数的参数值,从而建立高速列车齿轮箱系统的动态可靠度模型,实现高速列车齿轮箱动态可靠性的评估。

关键词： 谐波齿轮传动   轨迹映射   啮合原理   参数优化   三维齿廓  

摘要： 谐波齿轮传动是利用薄壁柔轮产生挠性变形衍生出来的一种少齿差传动形式,因其具有结构简单、减速比大、精度高、体积小、质量轻等优点,被广泛应用在机器人、航空航天、医疗器械、数控机床等高端领域。然而国产谐波减速器与国际水平存在较大的差距,且缺乏一套参数化、系列化的谐波齿轮传动正向齿廓设计方法。针对以上问题,本文结合齿轮齿条近似法和啮合原理,提出了轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法。(1)基于谐波齿轮传动基本假设,推导了柔轮的转角关系。以柔轮中性层曲线方程、齿数以及模数为输入,结合齿轮齿条近似法和啮合原理,提出了轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法。通过与双圆弧齿廓的对比研究,表明轨迹映射驱动的齿廓设计方法,无需额外输入齿廓参数就可以求出一对相互共轭的柔轮和刚轮齿廓,并且其共轭区间更大、啮合侧隙更小。可以实现谐波齿轮传动的系列化、参数化正向设计。(2)研究了轨迹映射参数对啮合特性以及齿廓位置的影响规律;分析了分度圆处齿廓参数对共轭区间的影响规律;提出了先优化分度圆处齿廓参数,再优化轨迹映射参数的参数优化方法。结果表明该方法可以高效地优化轨迹映射参数,并提高谐波齿轮传动的共轭特性。(3)考虑柔轮轴向变形,从不发生齿廓干涉出发,提出了轴向倾角三维齿廓、无干涉直齿齿廓设计方法,并对比分析了它们的啮合特性。结果表明两种三维齿廓在各个截面都不发生齿廓干涉;轴向倾角三维齿廓主要在中间截面实现啮合;直齿齿廓的啮合截面随波发生器转动逐渐从前端截面过渡到后端截面。(4)通过有限元分析表明结合柔轮有限元变形进行谐波齿轮传动齿廓设计能有效地减少柔轮最大齿面接触压强和应力,提高谐波减速器的承载能力;在负载较小时,轴向倾角三维齿廓的啮合性能优于直齿齿廓,在负载较大时,直齿齿廓的啮合性能优于轴向倾角三维齿廓;相比于传统的双圆弧齿廓,本文提出的轨迹映射驱动齿廓同时接触的轮齿更多、承载能力更大,证明了本文所提出的轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法的优越性与合理性。

关键词： 椭圆齿轮   参数设计   固有特性   啮合特性   疲劳寿命  

摘要： 齿轮广泛运用在机械装备中,具有稳定、精确等传动特性,是目前最重要的零部件之一。但传统的齿轮只能传递等速比运动,为满足新型、复杂的特定传动函数要求,椭圆齿轮应运而生。和传统齿轮相比,其不仅将角速度恒定的运动传递为具有一定规律的变速运动,还具有传递运动稳定、紧密的构造、能满足特殊的传动函数等优势。伴随椭圆齿轮的应用愈加广泛及在传动中的独特性质,研究椭圆齿轮的设计参数对其传动特性的影响,及分析在承受载荷的情况下椭圆齿轮齿面啮合性质具有重要意义。本文采用1阶椭圆齿轮作为研究分析对象,通过理论和有限元仿真工具相互论证的分析方法,对于椭圆齿轮在实际工作中的独有传动特性、齿面啮合特性、齿轮的疲劳寿命等几个方面展开系统的研究,主要的研究内容包括:1.提出一种准确、高效的椭圆齿轮建模方法,通过仿真模拟滚齿刀在齿坯表面进行滚齿加工,来构建椭圆齿轮滚齿刀加工的数学模型。采用MATLAB与CAD相结合的方式提取椭圆齿轮的齿廓包络线。2.对椭圆齿轮的设计参数进行探讨,分析了设计参数对椭圆齿轮加工过程中出现齿根切除现象的影响。齿轮长半轴与滚齿刀齿形角越大,越不容易发生齿根切除现象;齿轮偏心率与滚齿刀安装位置越小,越不容易发生齿根切除现象。此外,椭圆齿轮的传动特性,例如齿轮系统的传动比、从动轮的转角变化速度、变化加速度、齿轮不同轮齿啮合过程中压力角和重合度会随偏心率的变大出现增加的趋势。并且齿轮不同轮齿的齿廓角不同,会随着齿轮排号顺序出现周期性的规律。以及随着齿轮的负载转矩加大,椭圆齿轮传动系统受到的扭矩波动也会变剧烈。3.利用Recur Dyn构建椭圆齿轮传动系统啮合接触的有限元仿真模型,分析了齿轮中端面是椭圆齿轮啮合过程中的重要区域。并划分轮齿编号及沿齿高方向的不同区域,分析出齿轮在啮合过程中等效应力最大的区域。4.通过疲劳分析,得出齿轮啮合过程中的疲劳危险点,论证了上文的理论。最后,分析出在不同承载和摩擦系数的条件下,椭圆齿轮的疲劳寿命的变化趋势。

关键词： 遗传算法   双流卷积网络   零和博弈   量子对抗   故障诊断  

摘要： 齿轮箱是风电机组传动系统的关键部件之一,在运行过程中承受着较大的动载荷,复杂的运行环境容易导致其内部太阳轮、行星轮发生故障,造成安全事故,因此对风电机组齿轮箱齿轮故障诊断的研究具有重要现实意义。由于风电机组齿轮箱运行环境复杂、载荷复杂多变以及故障样本难以获取等原因,导致数据样本不平衡、数据特征不对称、样本容量小以及样本标签不足,因此数据集不平衡与小样本数据问题是造成风电机组齿轮箱齿轮故障难以诊断与分类的两大主要原因。本文提出基于对抗网络的风电机组齿轮箱齿轮故障诊断方法,主要研究内容如下:(1)针对风电机组齿轮箱齿轮数据集不平衡导致故障特征不明显且难以诊断的问题,提出不平衡数据集下基于对抗网络的风电机组齿轮箱齿轮故障诊断方法。首先,以二进制向量化编码表征齿轮故障信号,将峭度作为感知机对编码后的个体进行适应度评价。其次,通过确定式选择算子的期望值对下一代齿轮信号种群中的个体进行遗传概率的编码串交叉。然后,根据正态分布的符号均值进行高斯近似变异,产生适应度更高的个体进入下一步迭代。最后,利用逻辑回归辅助分类器建立非线性决策边界,为判别器提供梯度惩罚,在独立的全连接层中完成齿轮故障的诊断和分类任务。(2)针对风电机组齿轮箱齿轮故障样本数量不足或样本标签缺失的小样本问题,提出基于对抗网络的小样本故障诊断方法。首先,建立弱学习器优化生成器对齿轮特征的学习效率,将参数空间转换为函数空间以实现最优收敛。然后,通过K临近算法建立非线性决策边界,引入马氏距离连续性度量概率空间的密度分布。最后,构建双流卷积网络对齿轮样本进行评分融合,为信号的堆栈与诊断提供了决策支持。实验结果表明,所提出的方法可以从小样本中学习齿轮信号特征,预测故障信号的分布,为风电机组齿轮箱齿轮小样本数据集提供有效的数据堆栈,提高诊断精度和分类精度。(3)为了深入挖掘风电机组齿轮箱齿轮多维故障特征信息,实现不平衡数据集与小样本数据集的决策支持,提出量子对抗网络模型。首先,将风电机组齿轮箱齿轮数据映射到量子多态对应的特征空间中构建量子态信号,在约化密度矩阵中表达信号特征,通过张量网络映射输出。然后,对量子态信号特征的概率分布进行压缩和采样,保留信息量最大的量子比特信号。最后,以分类标签作为特征量最小化纠缠熵,对量子态信号进行压缩与空间复制,使得所生成的张量得到分解与调整,通过网络的对抗训练在零和博弈中进行判别与诊断结果的输出。实验表明,所提方法可以通过对齿轮信号的数据挖掘,提高故障诊断能力与泛化能力。

关键词： 高速列车齿轮箱   齿轮传动系统   多轴随机振动谱   冲击振动载荷   疲劳损伤   抗冲击性能   孔洞缺陷  

摘要： 高速列车齿轮箱是列车传动系统的重要组成部分,负责电机和轮对之间扭矩传递,实现列车的牵引和制动。齿轮箱箱体由于复杂的结构特点和恶劣的服役环境,在服役期间曾多次出现疲劳破坏的现象,影响着列车的运行安全。由于列车齿轮箱与轮轴直接相连,属于典型的轴装设备,在运行过程中会承受复杂的内外激励载荷,包括电机扭矩载荷、齿轮啮合载荷和轮轨激励载荷。虽然可以采用台架试验或包含齿轮传动系统的整车动力学模型,获取内外激励载荷耦合作用下的齿轮箱动力学响应,但是由于轮轨激励载荷的频带宽、能量大,箱体产生了明显的弹性振动响应,而现有的方法无法真实反映齿轮箱的服役环境。另外为了减轻列车簧下部件质量,齿轮箱箱体为铸造铝合金结构,箱体内部存在孔洞缺陷,极易萌生疲劳裂纹,但是目前的箱体疲劳寿命评估方法还无法考虑孔洞缺陷的影响。本文针对高速列车齿轮箱服役环境下的抗冲击性能与疲劳寿命评估问题,开展了以下研究:(1)针对高速列车齿轮箱服役环境具有的两个重要特征,即非平稳非高斯特性和多轴相干性,提出了基于损伤等效的多轴随机振动谱合成方法。由损伤等效的功率谱密度和相干函数组成多轴随机振动谱,并基于功率谱矩阵的复相干约束原理对相干函数的幅值和相位进行优化,保证了多轴随机振动谱的物理可实现性。利用线路实测的轮对轴箱振动加速度数据,合成了列车轴装设备的单轴和多轴随机振动谱,并与IEC61373列车设备振动标准的功能测试和耐久性测试振动谱进行了对比分析,发现列车轴装设备的振动谱与设备的材料疲劳特性相关。本方法合成的多轴随机振动谱可以更真实地反映设备服役振动环境的损伤特征,为列车设备随机振动测试提供了一种新思路。(2)基于冲击响应谱模型,分析了列车轴装设备的冲击振动环境特征,并提出一种反映冲击振动环境方向特征的冲击响应谱时域波形合成方法。研究了半正弦、梯形、锯齿形等脉冲加速度的冲击时间、幅值和波形对冲击响应谱的影响特征。利用线路实测的轮对轴箱振动加速度数据,合成了列车轴装设备的冲击响应谱,并与IEC61373列车设备振动标准的半正弦冲击测试进行对比分析,发现脉冲加速度存在低频过载和高频欠载的问题,无法满足列车设备对冲击振动环境方向特征的要求。采用叠加波形代替单脉冲波形进行冲击响应谱时域波形合成,基于差分进化算法优化波形参数,得到了满足冲击响应谱精度要求的叠加冲击加速度。本方法合成的冲击振动载荷可以更真实地反映设备冲击振动环境的能量成分,为列车设备冲击振动测试提供了一种新思路。(3)建立了关键部件为柔性体,可体现齿轮和轴承间隙、时变刚度等非线性特征的某型高速列车齿轮传动系统台架仿真模型。采用线路实测的轮对多轴随机振动谱作为齿轮箱的服役振动环境,并提出一种基于谱修正的多轴随机振动环境再现方法,通过虚拟激振器施加轮对轴箱振动激励,模拟齿轮箱的服役振动环境。通过对比线路实测的轴箱和齿轮箱的加速度响应,验证了台架模型可以精确再现齿轮箱在线路中的多轴随机振动环境和振动状态。该模型可以获得电机时变输入扭矩和转速、齿轮和轴承时变刚度、轮轨振动激励等内外激励载荷耦合作用下的齿轮箱动力学响应,解决了传统列车动力学模型激励能量不足的问题,为列车齿轮传动系统的抗冲击与疲劳性能评估提供了研究基础。(4)基于模态叠加法,建立了考虑齿轮箱箱体动态特性的抗冲击性能与疲劳寿命评估方法。基于台架模型获取了齿轮箱箱体服役环境下的动应力响应,与线路实测的箱体动应力响应进行了对比分析,验证了台架模型求解箱体动应力响应的可行性,在此基础上对箱体进行了抗冲击性能与疲劳寿命评估。对比分析了准静态叠加法和模态叠加法求解箱体疲劳寿命的差异,分析了箱体单阶模态对抗冲击与疲劳性能的影响,发现了显著影响箱体薄弱部位抗冲击与疲劳性能的关键模态。本方法可以获取箱体单阶模态对抗冲击性能与疲劳寿命的贡献值,为通过动态设计方法提高箱体抗冲击与疲劳性能提供了一种方法。(5)基于孔洞缺陷对铸铝结构疲劳寿命的影响特点,提出一种适用于含孔洞缺陷大型结构的疲劳寿命与临界缺陷尺寸评估方法。通过结构表面微元体和孔洞缺陷表面之间的应力集中系数代替有限元模型求解缺陷表面的应力响应,然后基于缺陷应力梯度准则对结构进行疲劳寿命与临界缺陷尺寸评估。分别通过有限元模型和应力集中系数求解表面和内部孔洞缺陷的应力响应,并与文献中含孔洞缺陷试样的疲劳极限进行对比,验证了方法的可行性。对齿轮箱箱体薄弱部位进行了疲劳寿命与临界缺陷尺寸评估,分析了孔洞缺陷对箱体服役性能的影响。本方法不需要有限元模型直接描述孔洞缺陷,可以对含孔洞缺陷大型结构的疲劳寿命和临界缺陷尺寸进行量化评估。

关键词： 滚动接触疲劳   表面完整性   微观结构   裂纹扩展路径   剥落失效  

摘要： 齿轮作为高端装备的重要基础件,其接触疲劳失效问题是限制航空、风电、车辆、核电等高端装备向长寿命、高可靠发展的重要瓶颈之一。齿轮接触疲劳性能受到材料性能、微观结构以及工况条件的综合影响。在滚动接触疲劳服役过程中,齿轮受到摩擦力和赫兹接触应力的共同作用,导致其材料内部的微观组织如晶粒度,残余奥氏体含量的演变,并伴随着硬度梯度和残余应力梯度等材料力学性能的变化,这些因素共同作用使得其疲劳失效机制多源复杂。尽管目前已有关于材料组织、润滑条件、工况因素对滚动接触疲劳性能的研究,但大多缺乏综合考虑滚动接触疲劳诱导的硬度和残余应力梯度、组织细化、位错密度和晶体取向演化的影响,缺少对循环受载过程中力学性能退化的科学认识,齿轮服役过程中表面完整性参数演变及其内在失效机理亟待进一步探究。因此,开展滚动接触疲劳试验研究,综合分析滚动接触疲劳过程中表面完整性参数和组织细化、相变、位错密度的相互作用机制,研究工况条件、工艺水平对齿轮接触疲劳性能的影响,同时阐明其滚动接触疲劳失效机理,对于齿轮的抗疲劳设计制造具有重要的理论指导意义。本文针对航空齿轮钢滚动接触疲劳失效机理不清的问题,以磨削基准状态和喷丸强化状态的9310齿轮钢等效圆盘滚子为研究对象,利用双盘滚动接触疲劳试验台开展滚动接触疲劳试验,基于三维超景深立体显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪等先进表征设备,从宏微观失效形貌、力学性能、材料微观结构层面探究滚动接触疲劳性能并揭示滚动接触疲劳失效机理。论文主要研究内容如下:（1）开展滚动接触疲劳试验和表面完整性表征测试。基于金属材料滚动接触疲劳试验方案,利用双盘滚动接触疲劳试验台,开展磨削基准状态和喷丸强化工艺的9310航空齿轮钢的滚动接触疲劳试验;综合利用超景深三维立体显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜和电子背散射衍射仪等先进表征设备建立了表征测试方法,为后续分析滚动接触疲劳失效机理奠定了基础。（2）分析磨削基准状态的滚动接触疲劳性能和失效机理。基于滚动接触疲劳试验结果,发现磨削基准状态的滚子,在2.5 GPa赫兹接触应力、10%滑差率、油润滑试验条件下,50%可靠度下的滚动接触疲劳寿命为8.03×10～6。裂纹萌生于次表层,裂纹扩展与滚动接触表面的夹角在30°～60°之间,裂纹向下扩展深度在200～300μm。滚动接触疲劳诱导的塑性剪切应变高达0.364～2.742,形成了平均晶粒尺寸约为184nm的微细组织和大量位错,位错密度约为26.78×1014 m-2。（3）探究工况因素对滚动接触疲劳性能和失效机理的影响。当赫兹接触应力从2.5 GPa增加至3.0 GPa,滚动接触疲劳寿命降低81.69%,而当滑差率从10%增加至30%时,滚动接触疲劳寿命降低32.3%。高接触应力以及高滑差率工况条件下裂纹向下扩展深度最大达到714μm。在3.0 GPa赫兹接触应力和30%滑差率工况条件下,残余奥氏体向马氏体转变的比例最大,残余奥氏体含量降低12.65%。（4）阐述喷丸对滚动接触疲劳的性能的强化机理。相对于磨削状态的疲劳试件,喷丸强化使得其疲劳寿命增加30%。喷丸处理后的试件在服役后同样出现了残余应力松弛,但松弛后仍能保证一定水平的残余压应力,从而减缓了其力学性能的退化的速度,从而减低了裂纹萌生扩展速率。喷丸细化了晶粒,使得裂纹从沿晶扩展转变为穿晶扩展,表层倾斜裂纹与滚动方向的夹角由51.6°降低至28.6°。

关键词： 非稳态   故障诊断   模糊熵   蛇优化算法   齿轮  

摘要： 旋转机械设备在工作中通常处于非稳态状态,当机械设备出现早期故障时,故障信号的特征信息相对微弱,且存在特征混叠和冗余的问题,利用传统的信号处理方法很难捕捉到故障信号的故障信息,无法凸显非线性非平稳信号的特征。传统的时频分析从本质上来说,仍然无法摆脱傅里叶变换的限制,在对非平稳信号进行分析时,存在着一定的局限性。本文针对非稳态机械设备故障诊断,采用自适应的信号处理方法,本文以机械设备中常见的零件齿轮为例,通过采用自适应集合经验模态分解(EEMD)结合模糊熵(FE)作为特征向量,输入到机器学习支持向量机(SVM)中以实现故障诊断。本文主要工作如下: (1)针对非稳态机械设备采集的原始振动信号具有很强的非线性、非平稳等特性,本文通过实验采集的齿轮数据,针对传统的时频处理方法,首先对信号进行SG滤波降噪,对降噪后的信号进行EEMD分解,选择相关系数排在前五的五个本征模态分量(IMF),然后分别求IMF分量的模糊熵、排列熵、近似熵分别作为特征向量,最后输入到SVM模型之中进行故障分类,分类结果显示多尺度模糊熵作为特征时效果最好。为了避免数据的偶然性,选择不同工况的齿轮数据,使用多尺度模糊熵作为特征向量,输入到SVM模型中依然可以获得很好的故障诊断效果。 (2)支持向量机在进行小样本分类时具有一定的优越性,但在参数选择时具有一定的限制,本文提出了蛇优化算法(SO)对其参数进行优化。通过与其他常见优化算法的仿真对比分析,验证了蛇优化算法在时间和寻优方面的优越性。并且通过峭度指标作为特征,结果显示通过蛇优化过的SVM模型大大提高了诊断效率。

关键词： 阶比分析   机动车变速箱   变速箱齿轮   故障检测  

摘要： 变速箱是机动车传动系统的主要组成部分之一，变速箱齿轮的正常运行对汽车传动系统起着非常重要的作用。因此，对变速箱齿轮故障进行检测非常重要。本文对基于阶比分析的机动车变速箱齿轮故障检测方法进行研究。首先对机动车变速箱齿轮运行信号进行采集，然后对基于阶比分析的机动车变速箱信号特征进行提取，其中包括基于阶比分析检测齿轮齿形误差和齿轮是否磨损均匀，最后进行机动车变速箱齿轮故障检测对比实验，对实验准备以及结果进行分析说明。通过实验验证，该方法检测可靠性较高，具有比较明显的实际应用效果。

摘要： 艺术家珍妮·奥德尔，2019年做过一个演讲叫《如何什么都不干》，后来以这个题目写成了一本书。她说，她经常去洛杉矶的玫瑰园坐坐，坐在那里，什么都不干。她引用法国文学家德勒兹的话说，我们周围充斥着毫无意义的谈话、疯狂的文字和图像，愚蠢的东西永远不会沉默。孤独太少了，沉默太罕见了，好像有什么东西强迫你表达——“什么都不说”才是件欣慰的事，只有沉默和孤独，你才可能创造一些罕见的东西。