行星轮系混合故障振动调频调幅机理和诊断方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875206
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The special engagement of planetary gear train, the time-varying vibration response and the multiple modulation sideband with same frequencies limit the existing vibration model to explain the frequency and amplitude modulation mechanism. Additionally, the difference between vibration signals of fault mode and normal mode is quite small, making it difficult to recognize the fault, which leads to a relatively high misdiagnosing rate. Kinetic models of planetary gear train are built, which considers the frequency modulation caused by rotation speed fluctuation, then the mapping relation between the frequency/amplitude modulation features and the fault mode as well as its damaging level is studied to acquire the high-precision mathematical model of faulty vibration response. Based on the periodicity and correlation of faulty feature signal in time and frequency domain under speed-varying condition, three types of dictionary are constructed, namely the harmonic modulation dictionary with analytic expression, the analytic modulation dictionary based on the edited cepstrum method and the learning dictionary based on the sliding window de-noising K-SVD. The fast block sparse algorithm based on nuclear norm and convex relaxation optimization is designed, which is employed to obtain the sparse coefficients for amplitude and frequency modulation features. The square amplitude demodulation, the first kind of Bessel function demodulation and the least-squares optimization method are used to successively separate the amplitude modulation component and the frequency modulation component. A novel diagnosis strategy is researched based on the characteristic variation rule of amplitude modulation, frequency modulation or amplitude and frequency modulation. A complete set of theoretical achievement and engineering application technology of gear train about ‘mechanism research-extraction of fault feature-diagnosis method’ is finally formed.
行星轮系具有特殊的啮合运动,其振动响应具有时变性和多组同频率调制边带特征,现有振动模型解析其调频调幅机理局限性明显,而故障模式与正常模式差异性小,辨识难度大,导致传统诊断方法误诊率高。通过建立考虑转速波动调频因素的行星轮系动力学模型,解析调频调幅特征与故障模式及其损伤程度的映射关系,获得故障振动响应信号的高精度数学模型。利用变速工况下轮系故障特征信号在时域或角域的周期性和相关性,构造谐波调幅调频解析式字典、基于倒频谱编辑法的解析式冲击调制字典和基于滑窗降噪K-SVD法的学习式冲击调制字典,设计基于核范数凸松弛优化的分块稀疏快速算法,提取故障调幅调频信号。利用平方幅值解调、第一类贝塞尔函数频率解调和最小二乘优化法先后分离调幅成分和调频成分,研究基于调幅或调频或调幅调频特征变化规律的轮系故障诊断新策略,形成一套完善的齿轮系统“机理研究-故障特征提取-诊断方法”的理论成果和工程应用技术。

结项摘要

项目以行星轮系为对象,研究了行星轮系振动调幅调频机理,提出了变工况下轮系故障特征的提取方法和调制信号分离方法,对齿轮故障诊断具有重要意义和工程实用价值。.(1) 研究了行星轮系齿轮故障产生的周期性转速波动对啮合刚度、时变传递路径函数和啮合力方向投影函数的影响,建立了太阳轮、单个行星轮和齿圈分别出现平稳型或冲击型故障时的振动响应现象学模型,分析齿轮故障时调制边带的产生机理和分布特征。利用刚柔耦合模型求解太阳轮和齿圈故障时振动调幅调频响应,对比分析了行星轮系故障时振动调幅调频响应和调制边带的分布特征。.(2) 基于齿轮系统故障调制机理和稀疏分解理论,提出一种变工况下齿轮混合故障特征提取的方法。提出了一种基于啮合谐波极值搜索的无转速计阶次跟踪分析新方法,将变工况下时域的非平稳信号高精度地转换为角域的准平稳信号。随后,基于稀疏分解方法对齿轮混合故障信号进行特征分离与提取。提出了表征平稳型故障时变特征的子字典构造方法。基于倒频谱编辑法解卷积识别系统模态参数,精确构造表征冲击响应特征的解析子字典。同时研究基于原始振动信号的滑窗降噪 K-SVD 学习子字典的构造方法。最后,推导了正交匹配追踪和快速迭代阈值收缩两种稀疏系数快速求解算法,显著地提高了算法求解效率。.(3) 基于齿轮故障振动调幅调频信号数学模型,提出了一种将啮合频率谐波附近的调幅调频信号准确分离的方法。该方法结合平方幅值解调和第一类贝塞尔函数与调频函数的关系,建立关于调幅调频参数的非线性方程组,并利用信赖域反射最小二乘优化算法求解参数,从而将啮合调制边带中的调幅和调频边带有效分离提取故障特征。.(4) 额外增加了永磁同步电机的扭转振动控制方法研究。揭示了电压谐波在电机驱动系统中的闭环传递机理,提出了用于抑制电流谐波和电机的输出转速波动的谐波注入法,包括电流谐波抑制方法和转速谐波抑制方法,解决了谐波注入法在部分工况下失效的问题。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
基于变速工况稀疏调频字典的 齿轮复合故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    重庆理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜丽君;丁康;蒋飞
  • 通讯作者:
    蒋飞
Rolling bearing fault diagnosis using impulse feature enhancement and nonconvex regularization
使用脉冲特征增强和非凸正则化的滚动轴承故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2020.106790
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Lin Huibin;Wu Fangtan;He Guolin
  • 通讯作者:
    He Guolin
Order-Domain-Based Harmonic Injection Method for Multiple Speed Harmonics Suppression of PMSM
基于阶次域的 PMSM 多速谐波抑制谐波注入方法
  • DOI:
    10.1109/tpel.2020.3024121
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zhaoqian Wu;Zhijian Yang;Kang Ding;Guolin He
  • 通讯作者:
    Guolin He
Analytical Prediction and Minimization of Deadtime-Related Harmonics in Permanent Magnet Synchronous Motor
永磁同步电机死区相关谐波的分析预测和最小化
  • DOI:
    10.1109/tie.2020.3014583
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Wu Zhaoqian;Ding Kang;Yang Zhijian;He Guolin
  • 通讯作者:
    He Guolin
A Novel Impact Feature Extraction Method Based on EMD and Sparse Decomposition for Gear Local Fault Diagnosis
基于EMD和稀疏分解的齿轮局部故障诊断冲击特征提取新方法
  • DOI:
    10.3390/machines10040242
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Machines
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zhongze Liu;Kang Ding;Huibin Lin;Guolin He;Canyi Du;Zhuyun Chen
  • 通讯作者:
    Zhuyun Chen

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其他文献

基于有限元与多体动力学仿真发动机失火故障特征提取研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜灿谊;丁康;杨志坚
  • 通讯作者:
    杨志坚
小波分析在发动机失火监测中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜灿谊;杨志坚;丁康
  • 通讯作者:
    丁康
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  • DOI:
    10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2016.02.018
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何国林;丁康;李永焯
  • 通讯作者:
    李永焯
转速和载荷对变速器特征频率和调
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动与冲击.2006, 25(s):512-514
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李欣鑫;丁康;李巍华
  • 通讯作者:
    李巍华
振动调频信号的循环平稳解调原理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动与冲击.2006,25(1):5-9 EI收录
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁康;孔正国
  • 通讯作者:
    孔正国

其他文献

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AI技术路线图

丁康的其他基金

基于双弹性支撑的复合式行星齿轮传动系统故障机理及其诊断方法研究
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    51475169
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
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离散频谱校正方法的抗噪性能分析及其改进方法研究
  • 批准号:
    50875085
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
振动信号解调分析与齿轮箱故障智能诊断方法研究
  • 批准号:
    50475095
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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