減速器轉(zhuǎn)子軸套加工工藝和夾具設(shè)計【數(shù)控加工】【三維PROE工件圖】
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北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
目 錄
1文獻(xiàn)綜述 3
1.1本課題國外研究進(jìn)展 3
1.2本課題國內(nèi)研究進(jìn)展 5
2課題背景及研究意義 6
2.1課題背景 6
2.2研究意義 7
3研究方法、內(nèi)容及預(yù)期目的 9
3.1研究方法及內(nèi)容 9
3.1.1 CAD技術(shù)概述 9
3.2完成工作 10
4.1夾具設(shè)計方案 10
4.2夾緊方案及元件確定 11
5進(jìn)度安排 14
參考文獻(xiàn) 15
指導(dǎo)教師意見 16
前 言
機(jī)床夾具是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝裝備，隨著社會的不斷進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種各樣的商品被不斷生產(chǎn)出來，其中大多數(shù)商品的生產(chǎn)都依賴于模具的多樣化。國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑業(yè)的發(fā)展也要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)。?
機(jī)床夾具在制造業(yè)中所具有的重要地位，使得機(jī)床夾具的制造能力和技術(shù)水平已成為衡量國家制造業(yè)水平和創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志。近年來隨著機(jī)床夾具制造能力的不斷提高，使得機(jī)床夾具有著高精度、長壽命、高生產(chǎn)率、型腔形狀和機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點。如今機(jī)床夾具的生產(chǎn)方式廣乏采用CAD/CAM/CAE技術(shù)，采用高速切削加工技術(shù)，快速成型技術(shù)和快速制模技術(shù)的一系列的先進(jìn)技術(shù)。機(jī)床夾具未來的加工也向著粗加工向高速加工發(fā)展，成型表面的加工向精密、自動化發(fā)展，光整加工向自動化發(fā)展，快速成型加工技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床夾具CAD/CAM/CAE正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高。但我國機(jī)床夾具的發(fā)展存在著一些不足：發(fā)展不平衡，工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差，供需矛盾短期難以緩解，大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足，以上的這些缺點嚴(yán)重阻礙了我國機(jī)床夾具的發(fā)展，以上缺點成為我國當(dāng)前機(jī)床夾具工業(yè)首要解決的問題。?
四年學(xué)習(xí)的結(jié)束，使自己對機(jī)床夾具的認(rèn)識有了清晰的了解。這次設(shè)計的題目是轉(zhuǎn)子軸套的加工夾具設(shè)計，通過pro/E進(jìn)行造型分析，最后用Auto/CAD軟件對主要的零部件與裝配圖進(jìn)行繪制，雖然對機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)有一些感性的認(rèn)識和理性的認(rèn)識，也進(jìn)行過實踐和相應(yīng)的課程設(shè)計，但這次設(shè)計是對四年學(xué)習(xí)的一個總結(jié)，由于缺乏真正的實踐經(jīng)驗，使這次畢業(yè)設(shè)計的過程中遇到了很多困難，但是通過老師的指導(dǎo)和詳細(xì)的查閱資料，以及和同學(xué)們的討論，解決了不少的問題。相信這次設(shè)計能夠符合設(shè)計的要求，完成設(shè)計的任務(wù)。由于自身知識的不夠完善，在設(shè)計的過程中存在著一些不足和不完善的地方，懇請老師指正。
1文獻(xiàn)綜述
在制造業(yè)尤其是機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，按照特定工藝,不論其生產(chǎn)規(guī)模如何，都需要種類繁多的工藝裝備,而制造業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、成本以及柔性化無不受工藝裝備的制約。
夾具和模具是最復(fù)雜和隨產(chǎn)品不同而專用化程度最高的工藝裝備。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)由傳統(tǒng)的機(jī)械制造加工轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化的柔性制造系統(tǒng)中數(shù)控加工，機(jī)械制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化，其主要特征表現(xiàn)在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造由傳統(tǒng)的單一化、大批量類型向個性化、多品種、復(fù)雜性高的中小批量類型方向發(fā)展。但無論是傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造，最終都是保證產(chǎn)品零件的加工表面相對其他表面的尺寸精度、形位精度等，加工前所要考慮的裝夾問題。
1.1本課題國外研究進(jìn)展
早期的機(jī)床夾具,如車床的雞心夾頭和卡盤、刨床的虎鉗,是和機(jī)床同時誕生和發(fā)展起來的。由于他們是與機(jī)床配套供應(yīng)用戶，一般也稱為機(jī)床附件,是通用機(jī)床夾具的鼻祖?，F(xiàn)代的專用夾具是伴隨著大批大量生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展出現(xiàn)的，特別是和汽車工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。專用夾具的使用，一方面縮短了工序時間,降低了加工成本；另一方面，夾具本身的設(shè)計制造工時、材料消耗等又增加了工件的成本。因此,在何種生產(chǎn)條件下使用哪種類型的夾具才是經(jīng)濟(jì)合理的,也就是夾具的經(jīng)濟(jì)性，一直都是夾具結(jié)構(gòu)發(fā)展和設(shè)計的一個主要問題。
早在 20 世紀(jì)七 70 年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家已經(jīng)開始嘗試著把 CAD 技術(shù)和夾具設(shè)計技術(shù)進(jìn)行融合，但由于軟硬件的原因，該技術(shù)的發(fā)展受到了較大的阻礙。
到了 20 世紀(jì) 80 年代，歐美專家也對此方面進(jìn)行了有效的研究。比較有代表性的包括： 80 年代初，法國科學(xué)家 Latombe 和 Ingrand 做出了關(guān)于自動化夾具設(shè)計推理方面的研究。
80 年代初期，由科學(xué)家 Markus 和 Miller 等人對半自動化夾具設(shè)計方法方面的研究，雖然該研究設(shè)計的系統(tǒng)是半自動化的，但其研究的內(nèi)容卻包括交互確定夾具的夾緊點，定位部位和輔助支撐部位等功能。
93年，由科學(xué)家NEE等人研發(fā)的用于孔隙組合夾具的基于特征的夾具設(shè)計系統(tǒng)。 到了八十年代中期，基于成組技術(shù)及基于知識的夾具設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)成為了夾具設(shè)計系統(tǒng)的新方向。由 Hou Jl 和 P.M.Grippo 等人研發(fā)的槽系組合夾具設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于成組技術(shù)和知識庫進(jìn)行了交互式夾具設(shè)計。由 Davishi 與 Gill 等人研發(fā)的關(guān)于知識表達(dá)的夾具設(shè)計系統(tǒng)。由 Sakurai 等人研發(fā)的運用算法和知識來確定夾具裝夾順序和夾具結(jié)構(gòu)的夾具設(shè)計系統(tǒng)。 由 Cou 等人研發(fā)的基于零件穩(wěn)定性及夾具設(shè)計全約束的夾具設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)重點研究夾具夾緊過程中的穩(wěn)定性和全約束。
九十年代以后，隨著以上技術(shù)的發(fā)展，夾具設(shè)計系統(tǒng)在九十年代開始向著多源化的方向發(fā)展。 1990 年由 Pham 等人開發(fā)的夾具 CAD 系統(tǒng)。 90 年代初，由 Y.Rong.等研發(fā)的側(cè)重于夾具設(shè)計精度、剛性及校驗等方面的功能比較全面的夾具設(shè)計系統(tǒng)。 90 年代初由 Lazaroa 等人研發(fā)的基于零件庫的，能自動生成組合夾具的夾具設(shè)計系統(tǒng)；該系統(tǒng)還在夾具加工構(gòu)成中精度方面的內(nèi)容進(jìn)行了研究。 90 年代后期由美國 W.MA 和 Z.lei 等人研發(fā)的夾具設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)在夾具設(shè)計完成后可以自動生成夾具轉(zhuǎn)配圖。 1995 年，由 Rong 等人從裝夾方案到夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，對夾具設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行比較全面深入的研究，研發(fā)出了基于孔系組合夾具的自動夾具設(shè)計系統(tǒng)。
2000 年由 Kulankara 等人從夾具布局方面進(jìn)行了研究，并由此開發(fā)出了一種基于遺傳算法的關(guān)于夾具布局方面的優(yōu)化技術(shù)，這種技術(shù)可以減少因加工時產(chǎn)生的切削力和夾緊力所引起的加工變形。 2004年-2005年由Satyanarayana等人與Amaral等人分別用有限元的方法對零件彈性變形和作用力的預(yù)測以及夾具設(shè)計優(yōu)化等方面進(jìn)行了有效的研究 2005 年由 Song 等人在定位方法確定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了非確定定位方案，用數(shù)學(xué)的算法來驗證零件的約束狀態(tài)，并用這種方法確定零件的約束狀態(tài)，并基于該方法指出工件的非約束運動，也可基于該方法檢測出過約束及非必要的定位，利用這種方法可以使設(shè)計者改善已有的定位方案。
2004年-2005年由Satyanarayana等人與Amaral等人分別用有限元的方法對零件彈性變形和作用力的預(yù)測以及夾具設(shè)計優(yōu)化等方面進(jìn)行了有效的研究 2005 年由 Song 等人在定位方法確定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了非確定定位方案，用數(shù)學(xué)的算法來驗證零件的約束狀態(tài)，并用這種方法確定零件的約束狀態(tài)，并基于該方法指出工件的非約束運動，也可基于該方法檢測出過約束及非必要的定位，利用這種方法可以使設(shè)計者改善已有的定位方案。
1.2本課題國內(nèi)研究進(jìn)展
我國的夾具輔助設(shè)計系統(tǒng)始于二十世紀(jì)八十年代，由中國航空技術(shù)進(jìn)出口公司設(shè)計的一款二維計算機(jī)輔助組裝軟件開啟了我國 CAFD 技術(shù)的先河。我國對計算機(jī)輔助夾具系統(tǒng)的研究主要集中在國內(nèi)大學(xué)及科研院所，比較著名的包括西北工業(yè)大學(xué)、中國工程物理研究院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等，其成果包括曾翠華等人研究的基于 ADAMS 的交互式夾具設(shè)計系統(tǒng)。萬洪強(qiáng)等人設(shè)計的基于 Solidworks夾具設(shè)計系統(tǒng)，吳祿甚等人設(shè)計的基于 NX 軟件的夾具設(shè)計系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)極大的滿足了市場的需求，但不可避免的存在這樣或那樣的不足，雖然早在 20 世紀(jì) 70 年代就開始出現(xiàn)了研究工作，20 世紀(jì) 80 年代以后夾具設(shè)計理論的研究和 CAD 系統(tǒng)的開發(fā)變成國際上制造研究的一個熱點。但是由于當(dāng)時計算機(jī)硬件和軟件比較落后，其發(fā)展受到很大的阻礙，離真能用于生產(chǎn)實際的商品化軟件尚有不小的距離。隨著柔性制造系統(tǒng)（FMS）的應(yīng)用，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的興起，對實用化夾具設(shè)計軟件提出了更為迫切的需求。
在國內(nèi)，從事CAFD方面研究最早，成果最大，唯一開發(fā)出具有夾具規(guī)劃功能和結(jié)構(gòu)生成功能的準(zhǔn)商品化軟件的，是北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院的朱耀祥教授以及后來與之合作的美國吳士托工學(xué)院的融亦鳴(Y Rong)教授。朱耀祥教授主編的《組合夾具組裝、應(yīng)用、理論》可謂是組合夾具領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn);融亦鳴、朱耀祥等合編的《計算機(jī)輔助夾具設(shè)計》及更早期間出版的該書的英文版則是CAFD方面的經(jīng)典,代表了最成熟的研究成果；從20世紀(jì)60年代開始,朱耀祥就從槽系組合夾具到孔系組合夾具進(jìn)的理論和生產(chǎn)應(yīng)用行了研究和開發(fā)，促進(jìn)了我國組合夾具應(yīng)用和行業(yè)的發(fā)展;結(jié)合我國七五計劃“數(shù)控機(jī)床CAD”攻關(guān)項目，開始了以微機(jī)為平臺的槽系組合夾具CAD軟件的研究開發(fā)工作。
2課題背景及研究意義
2.1課題背景
夾具作為一種特殊的產(chǎn)品,需要豐富的設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計人員的經(jīng)驗與技能將直接影響著設(shè)計結(jié)果。而現(xiàn)有的一些通用CAD軟件只能完成一些諸如繪圖,三維建模等方面的工作，計算機(jī)對輔助設(shè)計人員進(jìn)行夾具設(shè)計非常有限，設(shè)計的自動化程度也很低,要實現(xiàn)夾具設(shè)計的智能化，所開發(fā)的夾具設(shè)計系統(tǒng)必須能夠繼承夾具設(shè)計人員優(yōu)秀的設(shè)計知識、經(jīng)驗與技能。運用知識工程可以將這些設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行綜合，提煉,改進(jìn)和組合，以形成智能化的設(shè)計系統(tǒng)。
夾具的快速設(shè)計與制造,已經(jīng)成為產(chǎn)品快速變換和制造系統(tǒng)新建成或重構(gòu)后運行的
瓶頸，嚴(yán)重地影響制造系統(tǒng)的設(shè)計建造周期、系統(tǒng)生產(chǎn)率、質(zhì)量和成本。目前國內(nèi)外主
要研究和開發(fā)的是基于CAD技術(shù)的柔性夾具的設(shè)計和各種相關(guān)的分析和校核。它們不
同于組合夾具的CAFD之處是不僅能用于標(biāo)準(zhǔn)的組合夾具中，而且也能用于通/專用夾
具的CAFD中。這些夾具設(shè)計方法在汽車、摩托車、縫紉機(jī)和計算機(jī)行業(yè)中將會得到廣
泛應(yīng)用。
通過對計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究、相關(guān)企業(yè)的調(diào)研以及計算機(jī)輔助夾具設(shè)計類文獻(xiàn)的查閱，論文課題擬定在以下幾個方面作出研究：
1）夾具設(shè)計需要大量的理論知識進(jìn)行指導(dǎo)
機(jī)床夾具的概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)（構(gòu)形）設(shè)計、以及性能評估中都需要大量的理論知識進(jìn)行指導(dǎo)，在機(jī)械加工中影響零件加工精度的機(jī)床夾具定位方案設(shè)計的定位誤差分析更加依靠這些理論知識，特別是利用計算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大邏輯運算能力和管理能力對定位誤差分析也需要大量理論知識指導(dǎo)。為此，本課題研究的定位方案設(shè)計與定位原理及其算法的研究需要大量理論知識的指導(dǎo)。
2）夾具設(shè)計是一個高度依賴經(jīng)驗的設(shè)計問題
設(shè)計師在構(gòu)思新工件的夾具設(shè)計方案時，往往是根據(jù)個人的設(shè)計或者制造經(jīng)驗來設(shè)計夾具。對于夾具設(shè)計的定位誤差分析是其核心要素也是設(shè)計中的難點問題，人類對其擁有大量的寶貴經(jīng)驗。為此，本課題的研究對其定位方案資源庫建立和定位誤差檢驗分析需要歸納、整合大量的經(jīng)驗知識資源。
3）運用計算機(jī)技術(shù)建立機(jī)床夾具定位方案資源庫及其定位誤差校驗系統(tǒng)
計算機(jī)輔助夾具設(shè)計（CAFD）克服了傳統(tǒng)夾具設(shè)計的缺點，減少了設(shè)計人員勞動。由于計算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大功能的應(yīng)用，現(xiàn)代機(jī)床夾具的設(shè)計也越來越依賴于計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，對于機(jī)床夾具定位方案資源庫的建立和夾具設(shè)計定位誤差的分析校驗將建立在理論與經(jīng)驗知識的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)技術(shù)建立資源庫并開發(fā)相應(yīng)的定位誤差校驗系統(tǒng)，從而實現(xiàn)良好的人機(jī)交互方式，進(jìn)一步完善計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)。
4、實現(xiàn)完善的計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)還需要長時間的研究 計算機(jī)輔助夾具設(shè)計經(jīng)歷的時間較短，還有很多的問題還待進(jìn)一步研究和實現(xiàn)，文章只是對機(jī)床夾具設(shè)計中定位方案設(shè)計、定位合理性、定位準(zhǔn)確性、定位誤差分析校驗以及定位方案質(zhì)量評價的研究作出了一定的探索與研究，并開發(fā)了定位誤差校驗系統(tǒng)，旨在完善了計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的一部分內(nèi)容，還有大量的微觀和宏觀上的知識研究仍需要更長一段時間去探索與實現(xiàn)。
根據(jù)以上幾個方面的分析，文章將從傳統(tǒng)的機(jī)床夾具設(shè)計經(jīng)驗知識和現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計方法知識，并結(jié)合 CAFD 技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行夾具定位方案的定位規(guī)劃設(shè)計、夾具定位誤差原理分析和定位誤差算法研究，從而建立夾具定位方案資源庫與定位誤差校驗系統(tǒng)的開發(fā)，并對未來計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行展望和探討。
2.2研究意義
通過以上對計算機(jī)輔助夾具設(shè)計的背景、發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及關(guān)中區(qū)域制造業(yè)企業(yè)的具體情況的研究思路指導(dǎo)下提出了本文重點的研究內(nèi)容如下：(1)基于實例和基于知識的夾具設(shè)計方法研究。重點研究夾具實例的表示問題，夾具設(shè)計實例的檢索與相似度計算算法，夾具實例的修改等技術(shù)；研究夾具設(shè)計知識的表示方法，夾具設(shè)計的推理機(jī)制以及基于知識的夾具方案自動選取技術(shù)。(2)基于實例和知識的混合推理機(jī)制研究及其在夾具設(shè)計中的實現(xiàn)。重點研究夾具設(shè)計的混合推理模型以及混合推理過程的實現(xiàn)問題。研究基于知識的推理技術(shù)在夾具實例檢索過程中的應(yīng)用。設(shè)計實現(xiàn)基于實例和知識的夾具設(shè)計系統(tǒng)。
1）進(jìn)一步了解國內(nèi)外夾具的發(fā)展
2）聯(lián)系課本及所學(xué)知識，掌握計算機(jī)輔助夾具的結(jié)構(gòu)及運行機(jī)理
3）鍛煉查閱文獻(xiàn)、整理數(shù)據(jù)與分析及擬定設(shè)計方案的能力
4）熟練掌握操作CAD和Inveror等繪圖常用軟件的能力
5）熟悉零件的工藝性、機(jī)器裝配和安全技術(shù)方面的知識
6）培養(yǎng)分析和解決問題的實際能力，對知識的綜合運用能力等
3研究方法、內(nèi)容及預(yù)期目的
3.1研究方法及內(nèi)容
由于國內(nèi)外投入和研究的夾具很多，根據(jù)國內(nèi)外的研究成果進(jìn)一步了解所選夾具的各項性能，并繪制相關(guān)零、部件圖。本次作業(yè)從所給題目要求和所查資料中選出適合的零件為轉(zhuǎn)子軸承軸套，也即，之后的研究內(nèi)容將圍繞轉(zhuǎn)子軸承的加工和夾具的加工設(shè)計展開。
具體研究內(nèi)容：
1）對實際零件進(jìn)行測繪，畫出零件圖，進(jìn)行尺寸和粗糙度標(biāo)注；
2）根據(jù)零件圖進(jìn)行三維建模，并利用三維軟件和所學(xué)知識，做出零件模具的三維圖；
3）根據(jù)已給出的零件圖設(shè)計相應(yīng)加工夾具，并編制加工工藝，寫出工藝卡片；
4）將其中一道工序進(jìn)行數(shù)控編程，寫出數(shù)控加工程序。
3.1.1 CAD技術(shù)概述
CAD（ComputerAidedDesign）的含義是指計算機(jī)輔助設(shè)計，是計算機(jī)技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域，它是利用計算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)輔助設(shè)計者對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計、修改及顯示、輸出的一種設(shè)計方法。AutoCAD則是美國Autodesk公司推出的，在國內(nèi)外很受歡迎的微機(jī)平臺CAD軟件包。
CAD技術(shù)產(chǎn)生于本世紀(jì)50年代后期，其發(fā)展與工業(yè)實際應(yīng)用和需求密切相關(guān)，隨著實際應(yīng)用和CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，新的需求又不斷出現(xiàn)，一些計算機(jī)應(yīng)用的新技術(shù)和一些新的算法在CAD中不斷出現(xiàn)和發(fā)展。隨著國際經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界銷售市場對產(chǎn)品需求量的不斷增加，使產(chǎn)品制造企業(yè)在生產(chǎn)中更多地采用先進(jìn)設(shè)計技術(shù)、自動設(shè)備去提高勞動生產(chǎn)率。
CAD技術(shù)包括設(shè)計和分析兩個方面。設(shè)計是指構(gòu)造零件的幾何形狀、選擇零件的材料，為保證整個設(shè)計的統(tǒng)一性而對零件提出的功能要求和技術(shù)要求等。分析是指運用數(shù)學(xué)建模技術(shù)，如有限元、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)等；從理論上對產(chǎn)品性能進(jìn)行模擬、分析和測試，以保證產(chǎn)品設(shè)計的可靠性?？傊粋€好的計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計算機(jī)的高速分析計算能力。
3.2完成工作
（1）完成三維零件圖；
（2）A1零件圖2張，毛坯圖1張；
（3）完成加工工藝分析，工藝尺寸計算，定位誤差計算，切削用量等計算，并按照工序，編制工藝卡片；
4.1夾具設(shè)計方案
4.1.1定位基準(zhǔn)的選擇
4.1.2定位方案的確定
夾具參數(shù)的選擇，在加工中的夾具參數(shù)確定時，要和工件的質(zhì)量相適應(yīng)，從加工中的主軸運行轉(zhuǎn)速、切削的進(jìn)給量、背吃刀量、切削力，一般是切削加工速度和質(zhì)量適當(dāng)，而切削力較小為佳，以免劇烈的切削力對工件和夾具造成加大的傷害，而又會造成加工中的表面質(zhì)量的不均勻，影響加工質(zhì)量。在夾具的參數(shù)選擇時，必須要和加工零件的表面尺寸相適應(yīng)，如果夾具加持力過小，則零件容易松動，加工中的跳動情況比較嚴(yán)重，易出現(xiàn)質(zhì)量問題，如果夾持力過大，又有可能對零件表面形成傷害，導(dǎo)致零件的破損或應(yīng)力集中等情況，影響使用性能。夾具的參數(shù)要考慮零件材料的強(qiáng)度和塑性等因素，在保證加工穩(wěn)定的情況下，要盡量減少對加工零件表面的影響。此外，加工的夾具的制造中，其參數(shù)還與夾具使用的材料、力學(xué)性能相關(guān)，在保證可使用的情況下，即夾具符合耐用性和精度的情況，盡少夾具的成本預(yù)算，以節(jié)約生產(chǎn)成本，保證加工的經(jīng)濟(jì)效益。
為了保證工件被加工表面的技術(shù)要求，必須使工件相對刀具和機(jī)床的加工位置。在使用夾具的情況下，就要使機(jī)床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。
要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度，此即為工件的“六個定位原則”。
在定位設(shè)計中，會遇到以下幾種情況：
（1） 完全定位：限制工件全部的六個自由度，稱為工件的“完全定位”
（2） 不完全定位：在對工件的加工精度沒有影響的情況下，允許少于六個的定位
稱“不完全定位”
（3）欠定位：工件的定位支承點數(shù)少于應(yīng)限制的自由度數(shù)，這種工件定位點不足
的情況，稱為“欠定位”，欠定位在實際生產(chǎn)中是不允許的。
（4）過定位：工件的某一個自由度同時被兩個或多個定位支承點重復(fù)限制，這1種情況稱為“過定位”，也叫“重復(fù)定位”。
4.2夾緊方案及元件確定
4.2.1工件的夾緊設(shè)計
機(jī)械加工過程中，為保持工件定位時所確定加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，一般機(jī)床夾具應(yīng)有一定的夾緊裝置，以將工作壓緊。因此，夾緊裝置的合理、可靠和安全性，對工件加工的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果有重大影響，故提出下列基本要求：
1） 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。
2） 夾緊力的大小要可靠和適當(dāng)，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、
振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。
3） 夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提
下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。
4}夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。
4.2.2鉆削時給進(jìn)和轉(zhuǎn)矩的計算
4.2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為短圓柱銷（限制2個自由度）和一塊面板（限制3個自由度）。
（2）計算Φ10mm兩互相垂直孔中心線與Φ36外圓端面的最大誤差為0.1
4.2.4夾具設(shè)計及操作說明
專業(yè)夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便。省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計制造周期較長、制造費用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時，夾具將由于無法使用而報廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。
所述，在設(shè)計夾具時，為了提高勞動生產(chǎn)率和零件精度要求，在最后一道工序應(yīng)用專用夾具。本工序由于要保證兩孔的中心線互相垂直。鉆孔時直接一次性鉆孔，而Φ36外圓壁厚為5mm，鉆削力不大軸向力不大，所以用機(jī)動夾緊即可。
夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞尺配合使用很好地對刀：同時，夾具體低面上的一對定位鍵可使整個夾具在機(jī)床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于洗削加工
4.2.4專業(yè)夾具的標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求
4進(jìn)度安排
2014下半學(xué)年第10周:與導(dǎo)師見面，分配畢設(shè)題目
第 11、12周:了解畢業(yè)題目要求，根據(jù)需要做的內(nèi)容查資料
第 13、14周:查詢相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述和選題報告
第 15、16周:向老師提交開題報告，指導(dǎo)后進(jìn)行修改，進(jìn)行選題答辯
2015上半學(xué)年第 2周：提交英文翻譯，完善文獻(xiàn)綜述部分資料
第 3周：分析零件圖，繪制三維圖；
第4周：根據(jù)三維圖，制作零件模具的三維圖；
第5、6周：設(shè)計零件模具的二維圖；
第7、9周：CAD繪制模具圖，并進(jìn)行尺寸和粗糙度標(biāo)注；
第10、11周：根據(jù)已完成的模具圖編制工藝卡片；
第12周：選擇工序，編制數(shù)控加工程序；
第13、14周：撰寫、整理論文，打印裝訂，CAD出圖，準(zhǔn)備答辯；
第15周：答辯。
參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見
本論文選題合理，研究內(nèi)容較為明確，研究思路清晰，具有一定的難度和深度。所擬定的研究內(nèi)容、研究方法和技術(shù)路線符合本科畢業(yè)設(shè)計要求，工作量適中。開題報告結(jié)構(gòu)較完整，論述層次清晰，結(jié)構(gòu)較合理，技術(shù)路線正確，具有一定的研究基礎(chǔ)，能達(dá)到預(yù)期目的。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
17- -
機(jī)械原理
基于局部平均分解的階次跟蹤分析及其在齒輪故障診斷中的應(yīng)用
Junsheng Cheng, Kang Zhang, Yu Yang
關(guān)鍵詞：
階次跟蹤分析 局部平均分解 解調(diào) 齒輪 故障診斷
摘要：
局部平均分解(LMD)是一種新的自適應(yīng)時頻分析方法,這種方法特別適合處理多分量的調(diào)幅信號和調(diào)頻(AM-FM)信號。通過使用LMD方法,可以將任何復(fù)雜的信號分解為一系列的產(chǎn)品功能PF分量(PFs),每個PF分量都是純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號的乘積，且通過純調(diào)頻信號可以獲得具有物理意義的瞬時頻率。從理論上講,每個PF分量都是一個單分量的AM-FM信號。 因此,可以將LMD的過程看作是信號解調(diào)的過程。齒輪發(fā)生故障時,振動信號呈現(xiàn)明顯的AM-FM特征。因此，針對齒輪升降速過程中故障振動信號為多分量的調(diào)制信號，以及故障特征頻率隨轉(zhuǎn)速變化的特點，提出了一種基于LMD和階次跟蹤分析的齒輪故障診斷方法。齒輪箱的故障診斷實驗表明本文提出的方法能有效地提出齒輪故障診斷特征。
1 引言
齒輪傳動是機(jī)械設(shè)備中常見的傳動方式, 故對齒輪進(jìn)行故障診斷具有重要意義。
齒輪故障診斷的關(guān)鍵一步是故障特征的提取。一方面，傳統(tǒng)的齒輪故障診斷方法的重點在一個固定的旋轉(zhuǎn)速度檢測振動信號的頻譜分析。 而齒輪作為一種旋轉(zhuǎn)部件, 其升降速過程的振動信號往往包含了豐富的狀態(tài)信息, 一些在平穩(wěn)運行時不易反映的故障特征在升降速過程中可能會充分地表現(xiàn)出來[1],此外，來自齒輪振動信號的暫態(tài)過程中，速度依賴性總是顯示非平穩(wěn)特征。如果頻譜分析直接應(yīng)用于非平穩(wěn)振動信號，混頻將不可避免的發(fā)生，這將對故障特征提取帶來不良影響。在以往的研究中，為了跟蹤技術(shù)，通常利用振動信號中添加旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸轉(zhuǎn)速信息，已經(jīng)成為一個在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷[2,3]的重要途徑。從本質(zhì)上講，階次跟蹤分析技術(shù)可以在時域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換成角域靜止，可以突出的旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的振動信息和抑制無關(guān)的信息。因此，階次跟蹤分析是在助跑過程中齒輪的故障特征提取和運行了一個可取的方法
另一方面，當(dāng)發(fā)生故障的齒輪振動信號，拿起在運行和運行過程中始終存在的振幅特性調(diào)制和頻率調(diào)制（AM–FM）。為了提取齒輪故障振動信號的調(diào)制特征，解調(diào)分析是最流行的方法之一[ 4,5 ]。然而，傳統(tǒng)的解調(diào)方法，如希爾伯特變換解調(diào)和傳統(tǒng)包絡(luò)分析有其自身的局限性[ 6 ]。這些缺點包括兩個方面：（1）在實踐中大多數(shù)的齒輪故障振動信號都是多組分是–調(diào)頻信號。這些信號，在傳統(tǒng)的解調(diào)方法，他們通常是通過帶通濾波器分解成單組分是–調(diào)頻信號的解調(diào)，然后提取的頻率和振幅信息。然而，這兩個數(shù)載波頻率的載波頻率成分和幅值都難以在實踐中被確定，所以帶通濾波器的中心頻率的選擇具有主體性，將解調(diào)誤差和使它提取機(jī)械故障振動信號的特征是無效的；（2）由于希爾伯特不可避免的窗口效應(yīng)變換，當(dāng)使用希爾伯特變換提取調(diào)制信息，目前的非瞬時響應(yīng)特性，即，在調(diào)制信號被解調(diào)以及打破中間部分的兩端會再次產(chǎn)生調(diào)制，使振幅指數(shù)衰減的方式得到的波動，然后解調(diào)誤差將增加[ 7 ]。為了克服第一個缺點，一個合適的分解方法應(yīng)尋找獨立的多分量信號為多個單組分是–調(diào)頻信號的包絡(luò)分析之前。由于EMD（經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解）自適應(yīng)復(fù)雜多分量信號分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)（IMF）的瞬時頻率的物理意義[ 8,9 ]，基于EMD的階比跟蹤方法已廣泛應(yīng)用于齒輪故障診斷[ 13 ]。然而，仍然存在許多不足之處[ 14 ]，如在EMD的端點效應(yīng)和模態(tài)混 [ 15 ]，仍在進(jìn)行。此外，對原信號通過EMD分解，產(chǎn)生了由希爾伯特變換（上面提到的）缺點是不可避免的在IMF進(jìn)行希爾伯特變換的包絡(luò)分析。此外，有時無法解釋的負(fù)瞬態(tài)頻率時會出現(xiàn)瞬時頻率計算每個IMF進(jìn)行希爾伯特變換[ 16 ]
局部均值分解（LMD）是一種新型的解調(diào)分析方法，特別適合于處理多組分的幅度調(diào)制和頻率調(diào)制（AM–調(diào)頻）信號[ 16 ]。用LMD，任何復(fù)雜的信號可以分解成許多產(chǎn)品功能（PFS），每一種產(chǎn)品的包絡(luò)線信號（獲得直接由分解）的PF瞬時振幅可以得到一個純粹的頻率調(diào)制信號從一個良好定義的瞬時頻率可以計算。在本質(zhì)上，每個PF正是一種單組分我–調(diào)頻信號。因此，LMD的程序可以，事實上，作為解調(diào)過程。調(diào)制信息可以通過頻譜分析的瞬時振幅（包絡(luò)信號，直接獲得通過分解）每個PF分量進(jìn)行希爾伯特變換，而不是由PF分量。因此，當(dāng)LMD和EMD方法分別應(yīng)用到解調(diào)分析，與EMD，LMD的突出優(yōu)點是避免希爾伯特變換。此外，LMD迭代過程中所采用的手段和當(dāng)?shù)氐姆炔黄交牡胤接肊MD的三次樣條的方法，這可能帶來的包絡(luò)的誤差和影響的精度瞬時頻率和振幅。此外，與EMD端點效應(yīng)相比并不明顯，因為在LMD方法更快的速度和算法的迭代次數(shù)更少[ 17 ]。
基于以上分析，階次跟蹤和解調(diào)技術(shù)，LMD最近的發(fā)展，科學(xué)相結(jié)合，并應(yīng)用于齒輪故障診斷過程中各軸速度。首先，訂單跟蹤技術(shù)被用于將從時間域的齒輪振動信號角域。其次，分解角域重采樣信號的PF系列LMD，因此組件和相應(yīng)的瞬時振幅和瞬時頻率可以得到的。最后，進(jìn)行頻譜分析的故障信息含有顯性PF分量的瞬時幅值。從實驗的振動信號，表明該方法能有效地提取故障特征和分類準(zhǔn)確齒輪工作狀態(tài)的分析結(jié)果。
本文的組織如下。第2節(jié)是一個給定的LMD方法理論。在第3節(jié)中的齒輪故障診斷方法中，以技術(shù)和LMD跟蹤相結(jié)合的提出和實踐應(yīng)用表明，提出的方法。此外，LMD和基于EMD的比較也在第3節(jié)提到了基礎(chǔ)的方法。最后，我們得出了第4部分的結(jié)論。
2 LMD 方法
LMD方法的本質(zhì)是通過迭代從原始信號中分離出純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號,然后將純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號相乘便可以得到一個瞬時頻率具有物理意義的PF分量,循環(huán)處理直至所有的PF分量分離出來對任意信號x(t),其分解過程如[16]:
( 1) 確定原始信號第i個局部極值及其對應(yīng)的時刻,計算相鄰兩個局部極值和的平均值
(1)
將所有平均值點mi在其對應(yīng)的時間段[,]內(nèi)伸一線段,然后用滑動平均法進(jìn)行0平滑處理,得到局均值m11(t) 。
( 2) 采用局部極值點計算局部幅值 :
=| -|/2 (2)
將所有局部幅值點ai在其對應(yīng)的時間段[,]內(nèi)伸成一條線段,然后采用滑動平均法進(jìn)行平滑處理,得到包估計函數(shù)a11(t) 。
( 3) 將局部均值函數(shù)m11(t)從原始信號x(t)中分離來, 即去掉一個低頻成分,得到
h11(t)=x(t)-m11(t) (3)
( 4)用h11(t)除以包絡(luò)估計函數(shù)A11( t)以對h11(t)進(jìn)行解調(diào),得到
s11(t)=h11(t)/A11(t) (4)
對s11( t)重復(fù)上述步驟便能得到s11(t)的包絡(luò)估計函數(shù)A12(t),若A12(t)不等于1,則s11( t)不是一個純調(diào)頻信號需要重復(fù)上述迭代過程n次,直至s1n(t)為一個純調(diào)頻信號,即 s1n(t)的包絡(luò)估計函數(shù) A1(n+1)(t)=1,所以,有
(5)
(6)
為理論上, 迭代終止的條件
(7)
在實踐中,一種變體δ會提前確定。如果1?δ≤a1(n + 1)(t)≤1 +δand?1≤s1n(t)≤1,然后迭代過程將停止
( 5) 把迭代過程中產(chǎn)生的所有包絡(luò)估計函數(shù)相乘便可以得到包絡(luò)信號( 瞬時幅值函數(shù)) :
（8）
( 6) 將包絡(luò)信號A1(t)和純調(diào)頻信號s1n(t)相乘便可以得到原始信號的第一個PF分量:
PF1(t）=a1(t)s1n(t) ( 9)
PF1(t)包含了原始信號中頻率值最高的成分,是一個單分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,PF1(t)的瞬時幅值就是包絡(luò)信號A1(t),PF1(t)的瞬時頻率f1(t)則可由純調(diào)頻信號s1n(t)求出,即:
(10)
( 7)將第一個PF分量PF1(t)從原始信號x(t)中分離出來, 得到一個新的信號u1(t),將u1( t)作為原始數(shù)據(jù)重復(fù)以上步驟,循環(huán)k次,直到 uk為一個單調(diào)函數(shù)為止,即:
(11)
原始信號x(t)能夠被所有的PF分量和uk重構(gòu),即:
(12)
產(chǎn)品功能p的數(shù)量在哪里.此外,相應(yīng)的完整的時頻分布可以通過組裝瞬時幅度和瞬時頻率的PF組件。
3 基于階次跟蹤分析與 L M D 的齒輪故障診斷
3.1 階次跟蹤分析
階次跟蹤分析首先根據(jù)參考軸的轉(zhuǎn)速信息對時域信號進(jìn)行等角度重采樣, 將時域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換為角域平穩(wěn)信號, 再對角域平穩(wěn)信號進(jìn)行譜分析得到階次譜。階次跟蹤分析能夠提取信號中與參考軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的信息, 同時抑制與轉(zhuǎn)速無關(guān)的信號, 因此非常適合分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械在變轉(zhuǎn)速過程下的振動信號。實現(xiàn)階次跟蹤分析技術(shù)的關(guān)鍵在于, 如何實現(xiàn)被分析信號相對于參考軸的等角度重采樣, 即階次重采樣。常用的階次重采樣方法有硬件階次跟蹤法[ 6]、計算階次跟蹤法[ 7]和基于瞬時頻率估計的階次跟蹤法[ 8]等。硬件階次跟蹤法直接通過專用的模擬設(shè)備實現(xiàn)信號的等角度重采樣,實時性好,但只適用于軸轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定的情況,且成本很高;基于瞬時頻率估計的階次跟蹤法不需要專門的硬件設(shè)備,無需考慮硬件安裝問題,且成本較低, 但是不適用于分析多分量信號,而實際工程信號大多為多分量信號, 因此其實際應(yīng)用意義不大;COT法通過軟件的形式實現(xiàn)等角度重采樣,分析精度高, 對被分析的信號沒有特別的要求,并且無需特定的硬件, 因此是一種應(yīng)用廣泛的階次跟蹤分析方法。
根據(jù)試驗條件采用COT法實現(xiàn)信號的階次重采樣,其具體步驟如下:
1. 對振動信號和轉(zhuǎn)速信號分兩路同時進(jìn)行等時間間隔(間隔為$t)采樣,得到異步采樣信號;
2. 通過轉(zhuǎn)速信號計算等角度增量 $H 所對應(yīng)的時間序列ti ;
3. 根據(jù)時間序列ti的值,對振動信號進(jìn)行插值,求出其對應(yīng)的幅值,得到振動信號的同步采樣信號,即角域平穩(wěn)信號;
4.使用LMD分解平衡角重采樣信號,因此sPF系列組件和相應(yīng)的瞬間振幅和瞬時頻率可以獲得
5.光譜分析應(yīng)用于每個PF的瞬時振幅組件,然后我們有訂單譜
3.2 齒輪故障診斷實例
升降速過程中的齒輪故障振動信號通常是多分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,并且故障特征頻率會隨著轉(zhuǎn)速的變化而改變。針對升降速過程齒輪故障振動信號的這些特點, 提出了基于階次跟蹤分析和 LM D 的齒輪故障診斷方法。首先采用階次跟蹤分析將齒輪升降速過程的時域振動信號轉(zhuǎn)換成角域平穩(wěn)信號;然后對角域信號進(jìn)行LMD分解,得到一系列PF分量,以及各個PF分量的瞬時幅值和瞬時頻率; 最后對各個PF分量的瞬時幅值進(jìn)行頻譜分析,便可以有效地提取出齒輪故障特征。為了驗證方法的正確性,在旋轉(zhuǎn)機(jī)械試驗臺上進(jìn)行了齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的試驗。該系統(tǒng)中, 電機(jī)輸入軸齒輪齒數(shù)z1=55, 輸出軸齒輪齒數(shù)z2 = 75。在輸入軸齒輪齒根上加工出小槽,以模擬齒根紋故 障, 因此齒輪嚙合階次xm=55,故障特征階次xc=1。圖1和圖2所示分別為由轉(zhuǎn)速傳感器測得的輸入軸瞬時轉(zhuǎn)速n(t),以及由振動傳感器測得的齒輪故障 振動加速度a(t),其中采樣頻率為8192H z,采樣時間為20s從圖1可以看出,輸入軸轉(zhuǎn)速首先從150r/min逐漸加速至1410r/min, 然后再減速到820r/min,而加速度信號的幅值也隨著作出了相應(yīng)的變化。不失一般性,截取圖2中5~ 7s升速過程的信號 a1(t)進(jìn)行分析。
圖 1 輸 入軸的瞬時轉(zhuǎn)速 n ( t )
圖 2 齒輪故障振動加速度信號 a( t )
值在秩序O=55和O=110相應(yīng)的齒輪嚙合秩序和雙。因此這意味著頻率混淆現(xiàn)象已經(jīng)在很大程度上消除。然而,為j1(θ)仍然是一個多個組件MA-MF信號。因此,一邊頻帶反映故障特征頻率模糊。有效地提取故障特征,應(yīng)用LMD j - 1(θ),因此七PF組件和殘渣可以得到圖6所示,這意味著LMD解調(diào)的進(jìn)展。因此,它是可以提取齒輪故障特性,利用頻譜分析的瞬時振幅PF組件包含主要故障信息。通過分析,我們知道失敗的主要信息包括在第一個PF組件。因此,無花果。7和8給瞬時振幅a1(θ)的第一個PF組件PF 1(θ)和相應(yīng)的秩序光譜的a1(θ),很明顯,有不同的光譜峰值在第一順序(O = 1)對應(yīng)齒輪階次跟蹤功能,符合齒輪的實際工況。
圖9和圖10顯示轉(zhuǎn)速信號的n(t)和振動加速度信號的時域波形s(t)齒輪分別與破碎的牙齒,采樣率為8192 Hz和總樣品時間是20年代。斷齒故障引入輸入軸上的齒輪與激光切割槽的牙根。首先,一段信號s1(t)5 s-7年代為進(jìn)一步分析的進(jìn)步是攔截;其次,假設(shè)樣本點每旋轉(zhuǎn)400;第三,角域信號為j1(θ)圖11所示可以通過執(zhí)行命令重采樣s1(t);第四,LMD適用于j-1(θ);最后,相應(yīng)的秩序頻譜圖12所示的瞬時振幅首先PF組件PF 1(θ)可以了,很明顯,有不同的光譜峰值(比在圖8)在第一順序(O = 1)階次跟蹤分析對應(yīng)于齒輪故障功能,符合齒輪的實際工況。
同樣的,我們同樣可以做正常的齒輪。轉(zhuǎn)速信號n(t)和振動的時域波形加速度信號s(t)的正常齒輪分別列在無花果。13和14,采樣率為8192 Hz和總樣品時間是20多歲。在上述相同的方法應(yīng)用于原始信號圖14所示,結(jié)果無花果所示。15和16。圖15顯示了角域j - 1(θ)執(zhí)行順序重采樣后的信號部分(5s-7年代在籌備進(jìn)展)的原始信號。圖16顯示了相應(yīng)的瞬時振幅譜第一個PF組件,很難找到齒輪故障特征,也符合實際的工作狀態(tài)的裝備。
目前,多組分的另一個競爭解調(diào)方法AM-FM信號,即經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EMD)存在,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于信號解調(diào)分析(7、22)。為了比較兩個EMD方法,取代LMD,我們能做的同樣使用EMD進(jìn)行重采樣信號無花果所示。圖4、11和15
圖 3 齒輪故障振動加速度信號的頻譜
圖 4 階次重采樣后的齒輪故障振動 加速度信號
圖5 j1(θ)的階次譜
分別,因此可以獲得一系列國際貨幣基金組織(IMF)組件。此外,相應(yīng)的瞬時振幅和國際貨幣基金組織每個組件的瞬時頻率可以通過希爾伯特變換計算。通過分析,我們知道,IMF主要特征信息包含在第一個組件。因此,只有應(yīng)用于瞬時頻譜分析第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的振幅。無花果。17日至19日給訂單頻譜對應(yīng)三種振動信號的破解斷層、斷齒故障和正常的齒輪,分別,很明顯,訂單跟蹤分析基于EMD也可以提取齒輪故障特性,確定齒輪的工作狀態(tài)。盡管EMD和LMD都可以分解原始信號實際上,兩種方法之間的差異仍然存在。EMD方法比較,如第一節(jié)中所述,LMD有更多迭代次數(shù)少等優(yōu)點,不明顯的效果和更少的瞬時頻率的虛假成分,可以使用更多的應(yīng)用在實踐中。
圖 6 角域信號j1( θ )的LMD分解結(jié)果
圖 7 PF1(θ)的瞬時幅值A(chǔ)1(θ)
圖 8 第1個PF分量的幅值譜
圖 9 輸入軸的瞬時轉(zhuǎn)速 n(t)
圖 1 0 正常齒輪的振動加速度信號 a(t)
圖11 階次重采樣后的正常齒輪振動加速度信號j1(θ）
圖 12 第一個PF分量的幅值譜
圖13 輸入軸轉(zhuǎn)速r(t)正常齒輪前和過程中
圖圖14 齒輪的振動加速度信號(t)在正常狀態(tài)
圖15 相應(yīng)的振動加速度信號為j1(θ)角域通過應(yīng)用順序重采樣tos(t)圖14所示。
圖17 第一個IMF分量的幅值譜
圖 18 第一個IMF分量的幅值譜
3 結(jié)論
在齒輪故障診斷技術(shù)、階次跟蹤是一個著名的技術(shù),可用于故障檢測的旋轉(zhuǎn)機(jī)器采用振動信號。針對齒輪故障振動信號的調(diào)制特點在助跑和破敗的和缺點在齒輪經(jīng)?？梢园l(fā)相關(guān)軸轉(zhuǎn)速在瞬態(tài)過程中,階次跟蹤和技術(shù)LMD相結(jié)合用于齒輪故障診斷。從理論分析和實驗結(jié)果以下幾點得出結(jié)論:
( 1) 在分析齒輪變轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的振動信號時,轉(zhuǎn)速波動會引起頻譜圖出現(xiàn)頻率混疊, 而階次跟蹤分析通過對信號進(jìn)行階次重采樣能夠在很大程度上消除頻率混疊, 使頻譜圖的譜線清晰可讀。
( 2) 齒輪故障時的振動信號為一多分量的調(diào)幅- 調(diào)頻信號, 采用LMD方法能將其分解為若干個PF分量之和,同得到各個PF分量的瞬時幅值和瞬時頻率, 實現(xiàn)了原信號的解調(diào)。對含有齒輪故障特征的PF分量的瞬時幅值進(jìn)行頻譜分析, 能夠準(zhǔn)確地提取出齒輪故障特征信息。
圖19 階次的第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的正常使用EMD齒輪
( 3) 對齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的振動信號進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明, 本文方法能夠準(zhǔn)確地反映出齒輪的實際工況。
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