摘 要

船用齿轮箱作为船舶机械设备中必不可少的部件之一，起着传递动力、连接各部件的关键作用。齿轮箱具有可靠性高、运行平稳、使用寿命长、工作效率高等优点。但由于齿轮及齿轮箱生产及安装过程中的误差，再加上齿轮的高速高温高压的工作环境，尤其是船用齿轮的潮湿、盐度高、不规律振动等特殊环境，使得齿轮十分容易产生故障，如不及时发现并排除这些故障，不仅影响到船舶的正常运行，还会威胁人们的生命及财产安全。本文以齿轮箱为研究对象，运用实验研究的方法对齿轮箱的振动信号进行了分析，对齿轮典型故障特征信息进行了研究。本文主要研究内容如下：

（1）研究了齿轮的振动机理，分析了齿轮故障产生的原因及其主要形式，研究了齿轮振动信号的分析方法。

（2）在齿轮箱故障模拟实验台上，进行了齿轮典型故障（磨损、轮齿断裂、齿根裂纹）的模拟实验，并采集了各类故障的振动数据。

（3）使用MATLAB软件对采集的数据进行分析，得到齿轮振动信号的时域图和频域图，分析图形的特征，分析并总结了各类故障的信号特征。

关键词：齿轮故障； MATLAB； 振动信号； 时域； 频域。

Abstract

Gearbox systems is an essential components of marine mechanical equipment, which not only and play a key role in transmitting power and connecting components. Gearbox has the advantages of high reliability, smooth operation, long service life and high working efficiency so on. But because of the gear and gearbox production and installation process error, coupled with the gear high-speed, high temperature, high pressure working environment. Especially the marine gears wet, high salinity, irregular vibration and other special circumstances, making the gear is very easy to produce failure, if not promptly find and eliminate these failures, will threaten people's lives and property safety. In this paper, gears as the research object, the use of fault diagnosis technology for gears and gearbox vibration signal acquisition, analysis, research gear fault characteristics information.The main contents of this paper are as follows：

(1) The vibration mechanism of the gear is studied, the causes of the gear fault and its main form are analyzed, and the analysis method of the gear vibration signal is studied.

(2)A simulation experiments of gear faults (wear, tooth break and tooth crack) were carried out in the gearbox failure simulation test bed, and the vibration data of various faults were collected.

(3) The collected data were analyzed by using the MATLAB, the time domain and frequency domain of the gear vibration signal are obtained, the characteristics of the signal are analyzed, and the signal characteristics of each kind of fault are analyzed and summarized.

Key Words：gear fault, MATLAB, vibration signal , time domain, frequency domain.

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1选题研究目的及意义 1

1.2齿轮故障诊断的研究现状 1

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3本文的主要研究内容 3

第2章 齿轮的故障类型及分析方法 4

2.1齿轮振动的产生机理 4

2.2齿轮的故障类型 5

2.2.1齿轮振动故障产生的原因 5

2.2.2齿轮故障的主要形式 6

2.3齿轮振动信号分析方法 7

2.3.1时域分析方法 7

2.3.2频域分析方法 8

第3章 齿轮箱故障模拟实验研究 10

3.1 齿轮箱故障模拟实验台简介 10

3.2数据采集模块及流程 12

3.3实验方案 14

3.3.1 齿轮故障模拟 14

3.3.2数据采集 16

3.4数据分析 17

第4章 实验结果分析 18

4.1正常齿轮 18

4.2轮齿磨损 19

4.3齿根裂纹 20

4.4轮齿断裂 22

4.5本章小结 23

第5章 结论及展望 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1选题研究目的及意义

21世纪以来，科学技术的发展在工业发展的过程中扮演了十分重要的角色。工业生产过程中的生产技术越来越先进、生产要求越来越高。工业生产设备也变得越来越复杂，且变得高度智能化和集成化，所以一旦机械设备中的某个部件失效必然会影响整套设备的运转，导致生产效率下降。严重时，不仅会损害真套工业生产设备，还会对人们的生命及财产安全带来巨大的威胁。因此，降低设备故障率、提高设备工作可靠性等在工业生产中具有十分重要的意义。

齿轮箱是机械设备中必不可少的通用部件之一，广泛应用于船舶、汽车、农业、工业等领域^[1]。在现代船舶的设计制造中，齿轮的应用也是无处不在，但由于船舶不仅运行工况复杂多样，而且航行过程中的振动摇摆、水雾较多且盐分偏高等特殊的工作环境，这就必然会造成齿轮更加容易受到损伤，也更加容易出现故障据相关的资料记载，在所有机械设备故障中，由于齿轮失效引起的故障占相当大的比例。如何降低因齿轮故障引起的故障所占的比率，在工业生产中具有重要的实际意义，所以，很必要对齿轮的故障诊断方法进行研究。