摘 要

齿轮和滚动轴承是机械设备中最常见、也是用的最多的部件，机器的运行状态与它们的状态密切相关，但是他们发生故障的概率也最大。本文通过分析齿轮和滚动轴承的一些常见故障形式，并通过试验台对齿轮和滚动轴承振动信号的故障特征进行了仿真，比较了故障振动信号的特点。在齿轮和滚动轴承故障的振动特征中，利用传统的故障诊断理论介绍了时域法：时域同步平均法和时域统计方法；频域法：倒频谱和包络解调方法；并通过仿真数据与实验数据分别分析了这些方法的有效性和局限性。基于MATLAB软件，对齿轮和滚动轴承的振动信号的故障诊断进行处理。通过理论研究和实验分析，传统的故障分析方法，例如时域和频域方法对齿轮和滚动轴承的故障振动特性的分析还是存在片面性。

【关键词】齿轮 滚动轴承 振动信号 故障诊断 matlab

Abstract

Gear and rolling bearings are the most common and most used parts in mechanical equipment. The running state of the machine is closely related to their state, but the probability of failure is maximum. In this paper, some common failure modes of gear and rolling bearings are analyzed, and the fault characteristics of the gear and the rolling bearing vibration signals are simulated by the test bench. The characteristics of the fault vibration signal are compared. In the gear and rolling element bearing fault features of the vibration, time domain method is introduced by means of the traditional fault diagnosis theory: time synchronous averaging method and time domain statistical methods; frequency domain method: Cepstrum and envelope demodulation method; and the simulation data and experimental data were analyzed the effectiveness and limitations of these methods. Based on MATLAB software, the fault diagnosis of gear and rolling bearing vibration signal is processed. Through theoretical research and experimental analysis, the traditional fault analysis methods, such as time domain and frequency domain method, have a one-sided analysis of the fault vibration characteristics of gear and rolling bearings.

Key Words：gear Rolling bearing Vibration signal fault diagnosis matlab

目录

第一章 绪论 2

1.1课题研究的背景及意义 2

1.2国内外研究现状分析 2

1.3本文内容简介 3

第二章 齿轮和滚动轴承的常见失效形式及原因 5

2.1、齿轮常见的失效形式 5

2.2齿轮失效类型和原因分析 6

2.3滚动轴承的常见失效形式 7

2.4滚动轴承失效类型和原因分析 8

第三章 齿轮和滚动轴承的振动信号分析 10

3.1齿轮故障诊断 10

3.1.1正常齿轮振动情况 10

3.1.2齿轮故障信号特征 10

3.2滚动轴承故障诊断 12

第四章 齿轮和滚动轴承的故障诊断模拟 14

4.1实验设备 14

4.2实验流程与步骤 16

第五章传统故障诊断方法及其比较 20

5.1时域分析 20

5.1.1时域同步平均 20

5.1.2时域统计分析 20

5.2频域分析 22

5.2.1频域信号指标 22

5.2.2倒频谱分析 23

5.2.3包络分析 24

5.3MATLAB简介及其编程数据处理 25

第六章 结论与展望 26

结论 26

展望与建议 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

齿轮在我们日常生活中在各种机器设备之中被广泛的运用，而齿轮箱就是其中最重要的一种应用方式。然而在机器的日常正常运转工作中，由于各种外界或内在的干扰因素的存在，齿轮会出现各种不同类型的故障形式。虽然在现今社会中齿轮的生产制造和装配后处理等技术越来越成熟与先进，但是诸如磨损、剥落、点蚀、裂纹等常见的齿轮和滚动轴承的故障以及失效形式还是不能够避免。根据近些年来的机器设备所出现的故障情况比较分析发现,齿轮的故障在运转中发生故障的概率占据了其中的大部分。其中在一些机器中需要进行高速运转的齿轮,由于它们在机器的运转工作过程中旋转速度太快，导致它们的温度非常高，所以经常会产生故障，而一旦齿轮传动出现故障,将会对机器的正常工作产生极大的影响。因此,为了尽量的减少齿轮的故障几率，以此来减少机器故障带来的经济损失，所以我们需要对齿轮进行严格和精确的失效形式故障的监测和诊断，这将会对整个齿轮的利用起到利益最大化。

和齿轮类似，滚动轴承也是在机器传动过程中起重要作用的一个元件，同时它也同齿轮一样极易受到损伤和故障。由于滚动轴承一般是机器中的承力单元,在此处的转速较高，所受到的负荷大，并且存在各种不同的复杂工作情况。由于滚动轴承的这种复杂的工作环境，所以它发生故障的可能性大大的被提高。在机械设备中为了减少机器故障带来的经济损失，对滚动轴承的故障进行简单并且有效的监测和诊断势在必行。在以往的滚动轴承故障中，轴承的内环和外环上的故障发生可能性最大，其次是发生在滚动体上的故障，而其它的部位发生故障的可能性几乎没有。

一般情况下，齿轮和滚动轴承的故障多而且复杂,并且在机器种种运转时比较难以单独取出并加以检测于修理,所以对齿轮和滚动轴承的故障诊断就变得极为棘手,不能采用普通的方法进行监测和诊断，因而对他们的故障监测和诊断的方法也是一项重要的研究课题。与此同时，为了减少机器的停止而造成的巨大经济损失，我们必须能够快速简单的进行故障的诊断工作，对故障的元件，故障的部位都有这清晰的认识。然后才能有针对性的进行维修与护理。因此，齿轮和滚动轴承的故障诊断对机器的运转状态的好坏有重大的影响作用，这将直接影响到机器的正常运行。

综上所述,为了齿轮和滚动轴承在生活中的各种机械设备中的应用具有更好的安全性和可靠性，齿轮和滚动轴承的状态监测和故障诊断就必须要做到简易高效，做到故障的提前预知和故障情况的准确定位。即利用最简单和快捷的监测和诊断方法，做到最可靠最全面的分析结果。