小波变换的齿轮箱故障诊断系统(附件)
齿轮箱是机械设备中常用的零部件，其本身结构特别复杂，工作环境也较恶劣，在使用中容易受到损伤，从而发生故障。及时对齿轮箱进行故障诊断并维修，避免事故的发生，具有很重要的现实意义。本文基于小波变换搭建齿轮箱故障诊断系统，主要内容为首先对小波变换理论进行分析；然后利用小波变换方法对齿轮箱振动信号进行降噪处理，接着使用小波变换方法对降噪后的振动数据进行分解，最后利用Hilbert边界谱识别振动信号中的频率成分，并对齿轮箱故障进行诊断。通过实例表明，本文设计的齿轮箱故障诊断系统可以较好地诊断齿轮断齿故障及其严重程度。关键词 齿轮箱，故障诊断，小波变换，Matlab/GUI
目 录
1.绪论 2
1.1.齿轮箱故障诊断的意义 2
1.2.齿轮箱故障诊断的发展概述 2
1.3.小波变换在齿轮箱振动信号处理中的研究现状 3
1.4.本论文的主要研究内容 4
2.齿轮箱故障诊断研究 5
2.1齿轮箱的故障类型 5
2.2.齿轮箱的振动噪声产生原因 5
2.3.齿轮箱故障诊断中的常用处理方法 6
3.小波分析理论 8
3.1.傅里叶变换到小波分析 8
3.2.小波变换 8
3.3.小波类型的选择 9
3.4.小波包理论 9
4.小波变换在齿轮箱故障诊断中应用 11
4.1齿轮箱振动信号采集 11
4.2.齿轮箱信号预处理 12
4.3.包络谱分析 13
4.4.故障诊断 14
5.齿轮箱故障诊断实例 15
5.1.数据来源和说明 16
5.2.实例诊断 16
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1.绪论
1.1.齿轮箱故障诊断的意义
近年来，由于在现代社会中社会生活的不断进步，我们对于工业的发展提出了越来越高的要求，机械设备大多都开始朝着更高的标准去不断进化，对自动化，高精度的方向发展越来越严格。作为在机械设备中非常最重要的零部件，齿轮箱的好坏对整个设备的运行起着至关重要的作用，不管是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
在工业，还是化工业，亦或是在航天航空中，都被广泛应用到其中。齿轮箱的优点是它在传动系统的的价值，它传动精度很高，而且对于传动比，它非常稳定，不会有偏差，但是齿轮箱中零部件极易因疲劳出现故障，容易出现各种损伤。在机械设备的应用故障造成的损失也更加惊人，故障的产生不仅是对生产生活的损失浪费，而且在严重时，甚至会危及到人员的安全[1]。
我们应该都知道，设备故障诊断技术的日益需要，不仅能降低事故的发生率，提前去知道故障发生的位置，做好准备去维修，而且能够避免浪费时间，从根本上去提高社会价值，对生产具有很好的促进作用。所以无论我们是在安全方面，还是在创造社会经济效益的方面，对于我们去形成完善监测与诊断系统都具有很大的意义[2]。所以在对齿轮箱进行故障检测时，使用先进的诊断技术，对于早期的故障早点发现，可以有效减少故障和事故造成的钱财损失和人员伤亡，具有非常重要的意义。
故障诊断的不断发展和完善也促进了很多相关学科的发展，不仅是它们的进步，而且相互促进，也一方面让故障诊断朝着更好的方向发展。随着不断完善的设备和系统，整个社会的经济效益都有了非常大的进步。
1.2.齿轮箱故障诊断的发展概述
1.2.1齿轮箱故障诊断研究发展的国内外现状
齿轮箱的出现大大的提高了社会生产力，但是它在使用的过程中很容易受到损伤，这就会花费很大的物力和财力，所以齿轮箱的故障诊断技术研究经历了漫长的研究过程。最早起于一个世纪前，一开始是对齿轮箱的振动特点进行分析，然后去判断是否有故障，但是这并不理想。然后随着后来的发展，积累了许多的故障诊断实例，就在20世纪90年代以后，在随着科学技术的不断发展中，齿轮箱的故障诊断也开始有了很明显的发展阶段，有了越来越多的故障诊断系统。相对于我国是从上个世纪80年代开始后，才有了故障诊断技术，而在90年代后期诊断技术才有了新的突破，新技术和新发明层出不穷，为故障
诊断技术带来希望，发展至今，也形成了比较完备的诊断体系[3]。
齿轮箱故障诊断技术其实涉及到很多领域的知识，它不仅仅是一个故障诊断，是很多技术学科知识的总结。在故障诊断时我们要把它分为四个步骤。首先是对信号检测，然后对故障信号进行提取，把提取到的信号进行识别，最后才是决策，然后我们可以知道怎么样去判断，怎么样去解决。
在通过大量的研究去使得故障诊断更加精密化，让以后的诊断技术更加趋于完善，让齿轮箱故障诊断研究方法更进一步，对以后的不断发展有很好的促进作用。
1.2.2.齿轮箱故障诊断技术的发展趋势
当代齿轮箱故障诊断技术的发展方向是与其他科学领域的不断融合，去相互促进技术的发展和内容的不断充实。这对以后齿轮箱的故障诊断技术相信是非常好的进步，我们现在要求设备要精密化，建立多元化的理论模型，让诊断技术趋于智能化，是我们现在索取追求的。很多技术方法在故障诊断中的应用，而具体有以下几种表现：
（1）人工智能技术的应用。目前人工智能法在人工智能领域研究中是一个新的热点，具有比较好的发展前景，而且在使用计算机方面，更多的是在很大程度上完善人工方面的不足。
（2）生物学机理的应用。不管是多么完善的理论，齿轮箱故障诊断系统的实际应用中，总会存在着很多不确定的现象，我们对系统评估和预测，肯定是想要比较准确的结果，生物学机理很好的去帮助我们获得准确的结果。
（3）小波分析与其他信号处理方法的一块使用，能够对不同的状况进行不同的处理方法。能够应对不同的特点去很好的去处理，而且这种方法在工程应用上已被广泛的应用[4]。
1.3.小波变换在齿轮箱振动信号处理中的研究现状
其实在振动信号进行处理的方面，应用小波分析理论已经发展成为一种趋势。在这个发展越来越快的社会中，越来越多的信号处理方法也被发现，但是小波理论在这些处理方法中最终脱颖而出。小波分析理论本身就具有很大的优势。第一，小波变换是用于将振动信号分离，通过分解信号，将小波重构，从而降噪。第二，在非平稳信号的处理方面，小波分析相比其他处理方法更具有不可撼动的地位[9]。
小波分析除了故障诊断，还有在其他方面上的应用:
（1）科学方面：数学上，能够进行数据分析，构造函数方法，构造曲面曲线等，在物理上，用到量子力学，重力学等方面。
目 录
1.绪论 2
1.1.齿轮箱故障诊断的意义 2
1.2.齿轮箱故障诊断的发展概述 2
1.3.小波变换在齿轮箱振动信号处理中的研究现状 3
1.4.本论文的主要研究内容 4
2.齿轮箱故障诊断研究 5
2.1齿轮箱的故障类型 5
2.2.齿轮箱的振动噪声产生原因 5
2.3.齿轮箱故障诊断中的常用处理方法 6
3.小波分析理论 8
3.1.傅里叶变换到小波分析 8
3.2.小波变换 8
3.3.小波类型的选择 9
3.4.小波包理论 9
4.小波变换在齿轮箱故障诊断中应用 11
4.1齿轮箱振动信号采集 11
4.2.齿轮箱信号预处理 12
4.3.包络谱分析 13
4.4.故障诊断 14
5.齿轮箱故障诊断实例 15
5.1.数据来源和说明 16
5.2.实例诊断 16
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1.绪论
1.1.齿轮箱故障诊断的意义
近年来，由于在现代社会中社会生活的不断进步，我们对于工业的发展提出了越来越高的要求，机械设备大多都开始朝着更高的标准去不断进化，对自动化，高精度的方向发展越来越严格。作为在机械设备中非常最重要的零部件，齿轮箱的好坏对整个设备的运行起着至关重要的作用，不管是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
在工业，还是化工业，亦或是在航天航空中，都被广泛应用到其中。齿轮箱的优点是它在传动系统的的价值，它传动精度很高，而且对于传动比，它非常稳定，不会有偏差，但是齿轮箱中零部件极易因疲劳出现故障，容易出现各种损伤。在机械设备的应用故障造成的损失也更加惊人，故障的产生不仅是对生产生活的损失浪费，而且在严重时，甚至会危及到人员的安全[1]。
我们应该都知道，设备故障诊断技术的日益需要，不仅能降低事故的发生率，提前去知道故障发生的位置，做好准备去维修，而且能够避免浪费时间，从根本上去提高社会价值，对生产具有很好的促进作用。所以无论我们是在安全方面，还是在创造社会经济效益的方面，对于我们去形成完善监测与诊断系统都具有很大的意义[2]。所以在对齿轮箱进行故障检测时，使用先进的诊断技术，对于早期的故障早点发现，可以有效减少故障和事故造成的钱财损失和人员伤亡，具有非常重要的意义。
故障诊断的不断发展和完善也促进了很多相关学科的发展，不仅是它们的进步，而且相互促进，也一方面让故障诊断朝着更好的方向发展。随着不断完善的设备和系统，整个社会的经济效益都有了非常大的进步。
1.2.齿轮箱故障诊断的发展概述
1.2.1齿轮箱故障诊断研究发展的国内外现状
齿轮箱的出现大大的提高了社会生产力，但是它在使用的过程中很容易受到损伤，这就会花费很大的物力和财力，所以齿轮箱的故障诊断技术研究经历了漫长的研究过程。最早起于一个世纪前，一开始是对齿轮箱的振动特点进行分析，然后去判断是否有故障，但是这并不理想。然后随着后来的发展，积累了许多的故障诊断实例，就在20世纪90年代以后，在随着科学技术的不断发展中，齿轮箱的故障诊断也开始有了很明显的发展阶段，有了越来越多的故障诊断系统。相对于我国是从上个世纪80年代开始后，才有了故障诊断技术，而在90年代后期诊断技术才有了新的突破，新技术和新发明层出不穷，为故障
诊断技术带来希望，发展至今，也形成了比较完备的诊断体系[3]。
齿轮箱故障诊断技术其实涉及到很多领域的知识，它不仅仅是一个故障诊断，是很多技术学科知识的总结。在故障诊断时我们要把它分为四个步骤。首先是对信号检测，然后对故障信号进行提取，把提取到的信号进行识别，最后才是决策，然后我们可以知道怎么样去判断，怎么样去解决。
在通过大量的研究去使得故障诊断更加精密化，让以后的诊断技术更加趋于完善，让齿轮箱故障诊断研究方法更进一步，对以后的不断发展有很好的促进作用。
1.2.2.齿轮箱故障诊断技术的发展趋势
当代齿轮箱故障诊断技术的发展方向是与其他科学领域的不断融合，去相互促进技术的发展和内容的不断充实。这对以后齿轮箱的故障诊断技术相信是非常好的进步，我们现在要求设备要精密化，建立多元化的理论模型，让诊断技术趋于智能化，是我们现在索取追求的。很多技术方法在故障诊断中的应用，而具体有以下几种表现：
（1）人工智能技术的应用。目前人工智能法在人工智能领域研究中是一个新的热点，具有比较好的发展前景，而且在使用计算机方面，更多的是在很大程度上完善人工方面的不足。
（2）生物学机理的应用。不管是多么完善的理论，齿轮箱故障诊断系统的实际应用中，总会存在着很多不确定的现象，我们对系统评估和预测，肯定是想要比较准确的结果，生物学机理很好的去帮助我们获得准确的结果。
（3）小波分析与其他信号处理方法的一块使用，能够对不同的状况进行不同的处理方法。能够应对不同的特点去很好的去处理，而且这种方法在工程应用上已被广泛的应用[4]。
1.3.小波变换在齿轮箱振动信号处理中的研究现状
其实在振动信号进行处理的方面，应用小波分析理论已经发展成为一种趋势。在这个发展越来越快的社会中，越来越多的信号处理方法也被发现，但是小波理论在这些处理方法中最终脱颖而出。小波分析理论本身就具有很大的优势。第一，小波变换是用于将振动信号分离，通过分解信号，将小波重构，从而降噪。第二，在非平稳信号的处理方面，小波分析相比其他处理方法更具有不可撼动的地位[9]。
小波分析除了故障诊断，还有在其他方面上的应用:
（1）科学方面：数学上，能够进行数据分析，构造函数方法，构造曲面曲线等，在物理上，用到量子力学，重力学等方面。
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