齿轮模拟故障试验台设计——齿轮箱设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告
题目：齿轮模拟故障实验台
齿轮箱设计
学生姓名：
院 （系）：
专业班级：
指导教师：
完成时间：20年月日
一、课题名称
齿轮模拟故障实验台齿轮减速箱设计
二、开题的意义及目的
机械故障诊断学是上世纪六七十年代出现并发展起来的一门综合性边缘，它研究的是机器或机组运行状态，由于其实用性以及为社会和企业带来的效益，故日益受到企业和政府主管部门的重视，特别是近二十年，故障诊断技术不断吸收现代科学技术发展的新成果，从理论到实际应用都有迅速的发展。随着计算机技术、信息技术的迅猛发展，机械故障诊断学以机械理论与信息理论为基础，发展成一门融合计算机、测试计量、人工智能、信息与信号处理理论和最新的交叉技术。故障诊断技术的意义就在于有效地遏制故障损失和设备维修费用，配置故障诊断系统可延长设备检修周期，极大提高经济效益与社会效益。
[11]张洪钺等. 国内控制系统故障诊断技术的现状与展望. 火力与指挥控制，1997年,第3期.
[12]屈梁生，何正嘉.机械故障诊断学.上海：上海科学技术出版社，1986.
[13].王奉涛，马孝江，邹岩琨.智能故障诊断综述.机床与液压，2003年,第4期.
指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
目前国内在齿轮箱故障诊断上做的工作较多，但主要是根据现有的设备，对测得的振动时域或频域波形进行事后分析。因此，试制齿轮传动故障模拟试验台，为齿轮箱的故障诊断提供依据，就具有重要的现实意义。
三、机械故障诊断的研究现状与发展趋势
1.机械故障诊断的研究现状
机械故障诊断作为一门新兴的综合性边缘学科，经过三四十年的发展，已经初步形成了比较完整的学科体系，就其技术手段而言，已逐步形成以振动诊断、油样分析、温度监测和无损探伤为主，其它技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广，理论基础最为雄厚，研究得最为充分，也最具生机与活力。
齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，它具有传递运动，扭矩和变速的作用。
现有的齿轮故障诊断方法有多种：时频分析，时序分析，频域分析，倒频谱分析，包络分析，神经网络分析，小波分析等等，这些方法在齿轮故障பைடு நூலகம்识别中，发挥了积极地作用，但是，对于齿轮早期缺陷，它们的反应还不够灵敏，导致不能及时消除存在的故障，预防事故的发生。
(5)齿轮故障诊断是一门新发展的技术，尚未形成较为完备的科学体系，尤其是
新发展的方法，还存在这样那样的不足，笔者深信，经过广大研究人员的努力，故障诊断技术将会出现新的飞跃。
四．题目来源
齿轮模拟故障试验台的是一种用来模拟齿轮箱故障振动的实验装置，通过对故障的模拟、故障振动信号的采集、传输、分析，达到实验、分析、建立诊断数据库与频谱图像的目的，为齿轮箱的故障诊断提供有效地依据。
故障信息的提取与分析是故障诊断的关键环节，直接关系到故障诊断结果的准确性。故障诊断学的发展是以故障信息的提取与处理技术的革新为标志。早期，人们只能依靠感觉（如听觉、触觉等），凭经验提取故障信息并判断故障的原因。这种故障信息的提取与分析手段是最原始的故障诊断技术。随着传感器技术和信号处理技术发展，人们借助简单仪器和传统的信号分析技术，能够完成较为复杂的诊断工作，在一定程度上可以预防突发事故的发生，随着科学技术的发展和多学科之间相互交叉于渗透，特别是计算机技术和现代信号处理技术的发展，人们对故障信息的提取与处理能力显著增强，可以更准确地判断故障原因，更可靠地预测故障发展的趋势，做到对设备科学管理，新的故障信息提取技术有：模式识别、信息熵、高阶统计量、人工智能、专家系统等。还有许多现代分析方法如：人工神经元网络、遗传算法、小波分析、全息普、高阶谱分析等。借助计算机技术和现代分析方法可以提高诊断的自动化程度和分析精度。
故障机理与诊断理论研究的目的是为了掌握各种故障的成因，研究故障征兆
与故障原因间的关系，并通过对故障的本质及其特征的深入了解，建立科学的故障模型，研究方法多借助各种相关的基础学科，如数学、物理学、化学、机械动力等等。这是故障诊断技术的基础，常用的诊断理论有：齿轮诊断、油液分析、风机与转子诊断等。
（2）故障信息的提取与分析方法的研究。
(4)伴随计算机网络尤其是Internet的发展，加上多媒体技术、生物计算技术、分布式人工智能和知识发现等计算机技术的兴起，使得人工智能更有效地应用于机械故障诊断机及其他领域。面对日益激烈的机械行业的竞争，研发基于专家系统、神经网络、模糊逻辑等的混合智能设计、控制、监测、诊断系统将成为一大研究热点。虽然智能技术已应用于机械故障诊断的各个方面，如何将现有的先进故障诊断设备和技术进一步推广应用，如何实现低成本与高效率系统，如何进一步提高机械故障诊断中的诊断率则成为亟待解决的问题。
展望今后齿轮故障诊断技术发展方向，笔者有如下几点看法：
(1)传统的频谱分析技术将日趋完善。
(2)专家系统，神经网络，小波分析等新技术将从实验室研究阶段，逐步走向实际应用阶段。
(3)目前，齿轮故障诊断技术多集中于采用振动监测手段，可以预见，在今后几年里，铁谱技术、油样光谱技术及声发射技术将会占有一席之地。
故障模拟器的加载装置选用磁粉制动器加载，并用加载控制器控制加载力矩。该加载装置体积小、重量轻、安装方便、运转平稳、振动冲击小，响应速度快，功率放大倍数高，可用很小的激励电流控制很大的传递功率，易于实现自动控制，转矩的大小仅取决于励磁电流的大小，而与滑差速度无关，故可实现输出转矩恒定。
五．研究方法
首先阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料,包括机械设计的原理及方法，质量管理应用,齿轮箱的设计的现有技术水准,国际水平探讨方面的书籍,报刊.以了解可靠性的内容,质量管理的概况和齿轮故障模拟领域的基本知识体系.然后通过调研,进一步了解企业现状及需求.接下来进行分析与设计.确定数据来源的真实准确.再进行系统设计。
机械故障诊断技术在世界各国的发展是不平衡的，美国在这一领域处于领先地位，其次是英、法、德、日等国，也具有各自的优势，与这些先进国家相比，我国还有一定的差距，虽然我国在理论上跟得比较紧，但在诊断设备的可靠性等方面仍有一定差距。
当前机械故障诊断学的研究重点集中在以下几方面：
（1）故障机理与诊断理论的研究。
[2] 白木万博[日].机械振动讲演论文集.郑州机械研究所，1984.
[3]濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.5.
[4]赵永满等.机械故障诊断技术发展及趋势分析. 机床与液压,2009年,37(10).
[5]李惠彬，郑兆昌等.带有侧隙的齿轮振动.北京：清华大学学报，2001(6).
[6]陈大禧.大机组齿轮早期故障诊断方法的研究与应用.设备管理与维修，2001年第3期.
六．进度计划
3.01---3.22查阅文献、完成开题报告、外文翻译。
3.23---4.10完成齿轮箱的总体方案设计、齿轮传动的相关计算并绘制草图。
4.11---5.10完成总转配图设计及主要零件(包括箱体、轴及齿轮)结构设计。
5.11---5.25撰写说明书。
6月份准备答辩。
七.参考文献
[1]张策.机械原理与机械设计.北京：机械工业出版社，2004.9.
[7]齿轮箱动态响应分析和噪声预测. 大连理工大学学位论文，2009年1月
[8]简小刚等.工程机械故障诊断技术的研究现状与发展趋势.中国工程机械学报，2005年,第4期.
[9]J.S米切尔[美].机械故障的分析与监测.机械工业出版社，1990.
[10]夏晓雷，张元越，杨银喜. 现代科技条件下机械故障诊断技术的发展，徐州工程学校学院，2006年,21(9).
（3）诊断仪器与诊断系统的开发与研究。
机械故障诊断的实现离不开诊断仪器与诊断系统，因此，体积小、高精度、操作简单的诊断与分析仪器和大型综合诊断系统的研发一直是故障诊断学面向应用的研究重点。目前这方面的研究主要有：便携式振动仪器、检测仪器、分析与诊断仪器以及集中式、分布式的大型在线检测与诊断系统。
2．机械故障诊断技术的发展趋势
本文是对试验台的故障模拟器部分齿轮箱进行设计，以实现6种故障模拟，包括：载荷的变化；基础的松动；联轴器不对中；齿轮磨损；齿轮折断；轴承磨损。齿轮断齿或磨损故障模拟采用中间轴选配结构。将中间轴、齿轮、轴承作为一个组件，制作若干个故障结构，通过快拆结构，互换故障结构与正常结构，并进行频谱比较。载荷变化模拟采用控制磁粉制动器加载电流实现。联轴器不对中故障模拟结构采用梅花型弹性联轴器，不对中故障模拟采用机架上的可调垫片来实现。基础松动故障模拟结构通过定量松动基础螺栓来实现。松动结构的定量采用螺栓松动圈数来衡量。