1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1、课题背景及意义

齿轮是机械设备中重要部件，工作运行过程中会产生内部激振力和外部激振力，使齿轮产生振动和噪声。当齿轮产生故障后，机械设备的工作性能下降，导致其丧失工作能力，甚至有可能带来灾难性性事故。因此对齿轮箱进行实时状态监测非常重要。齿轮在运行中若产生故障、温度、润滑油中磨损物的含量及形态、齿轮箱的振动及辐射的噪声、齿轮传动轴的扭转振动和扭矩、齿轮齿根的应力分布等都会从各自的角度反映出故障的信息，但是由于考虑到工业现场环境比较恶劣，工作人员不能长期呆在现场监测，所以对齿轮箱运行状态进行远程监测有重要的研究意义和实用价值^[1]。

通过对齿轮箱的运行状态进行监测，可以有效地减少齿轮箱的运行故障，减少齿轮箱的故障率和返修率，从而节约大量的人力、物力、财力^[2]。该齿轮箱运行监测系统还可以用于风电齿轮箱的出厂质量试验，以进一步降低次品的出场率和齿轮箱的返修率^[3]。

该状态监测系统还将对齿轮箱的运行状况进行连续监测，通过将检测值与参数设置中的各个参数报警值进行比较后对检测值是否在正常范围内进行判断，并将监测到的各项参数值储存到数据库中，使得试验人员可以通过数据库来对监测值进行访问和调用^[4]。

本课题通过①国内外齿轮箱的运行状态监测情况，确定②齿轮箱的过程参数和故障类型，③监测过程参数的方法，提出需要测试的项目和参数。设计一套适合④齿轮箱过程参数的远程测试系统。⑤采用LabView软件，开发一套相应的监测软件，该软件具有数据采集、动态显示、保存、打印、报警、查询等功能。

2、该领域的研究进展情况

远程监测系统依托传感器及网络传递数据,实时地对机械设备运行状态进行监测和诊断。通过各种传感器获得设备状态数据,进而判断设备运行是否正常,如出现异常则及时报警。根据诊断中心对设备运行状态的分析可合理安排检修,防止重大事故发生。另外,远程故障诊断技术对实现资源共享、加强企业与科研机构交流也有极大的促进作用^[5]。目前国内对齿轮箱的状态监测主要采用离线检测和在线监测,而在齿轮箱采用远程监测技术是必然的发展方向,但目前尚没有较成熟的系统结构^[6]。仅振动分析这一应用较广、发展较快的诊断手段,即已从幅值谱、功率谱、倒频谱、细化谱、包络谱、时域分析、相关分析、多变量分析和全息谱技术等,发展到与非线性原理、多传感器信息及现代智能方法的集成与融合,在分析精度和速度上不断提高^[7]。

齿轮箱振动与噪声的研究发展比较早，但是将齿轮的振动与噪声运用到齿轮箱的故障诊断中却是在20世纪60年代中期，美国的Buckingham和德国的Niemann，英国学者H.Optiz仔细研究了齿轮振动与噪声的原理，指出其是传动功率和齿轮传动误差及齿轮精度的函数。随后一些简单的齿轮箱故障诊断技术开始出现，这些技术手段主要是通过测量齿轮箱工作过程中一些简单的振动参数，如有效值、振动峰值、均方根值等来对齿轮箱进行直接分析。70年代末到80年代中期，利用频谱来分析齿轮箱的故障取得了重大成果，其中B．Randall和James I．Taylor等人作了大量有益的研究，积累了齿轮磨损和轮齿断裂等一些成功的故障诊断实例。随着技术的发展，用于齿轮箱故障诊断的信号处理方法也在不断的发展与完善中^[8]。C.jackson 编写了齿轮振动特征特征变化规律表，给出了齿轮振动常见故障及频率特征；韩捷、李国华等研究分析了齿轮的常见故障，给出了在这些故障状态下的时域振动波形及频域特征；Randall.R.B 提出了高通绝对值分析的解调方法，解决了齿轮调制故障问题；Mofadden.P.D 利用希尔伯特变换法解决齿轮与轴承的故障诊断；于德介、程军圣将 Hilbert-Huang 变换引入齿轮故障诊断，建立了一种基于 Hilbert-Huang 变换的齿轮故障诊断方法，Hilbert-Huang 变换是一种新的自适应信号处理方法，适用于非线性与非平稳过程的分析，可以提取齿轮的边带信息；从传统的分析方法到一些较新的分析方法如经验模态分解、小波与小波包分析等分析方法在齿轮箱故障诊断中的成功应用，使得齿轮箱故障诊断技术更为完善^[9]。

齿轮箱故障诊断与现实生活联系紧密，人们在齿轮箱状态检测仪器及齿轮箱故障检测分析系统的开发方面已经取得了巨大成果，许多相应的仪器及设备已经研制出来并投入使用中。其中的代表作有如美国亚特兰大公司的M777便携式数据采集器和BK2034等信号分析仪；国内的如重庆大学DAS动态信号分析与故障诊断系统；西安交通大学的旋转机械状态监测及故障诊断系统以及北京京航公司研制的设备故障诊断仪器等等^[10]。

3、齿轮箱试验台测试参数

3.1齿轮箱油池温度

齿轮箱运行过程中由于缺油、少油或者故障引起振动磨损加剧，会使箱体内用于润滑和冷却的润滑油温度随之升高。因此齿轮箱油温在一定程度上反映其运行状态。对齿轮箱油池进行温度监测,通过实时表现的温度测量值来辅助判断机械设备故障与否。常用的温度传感器有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体集成温度传感器,其中热电偶应用最为广泛。使用热电偶传感器实际测温时,需要进行冷端补偿值,通过两通道同步采集后进行叠加运算,求得真实温度值。当控制电脑接收到的输入信号超出规定的数值范围时,系统就确认该输入信号出现故障^[11]。

3.2齿轮箱输入输出转速

齿轮箱在工作过程中根据所受负载大小的不同，其各轴的转速会在一定范围内波动。当其过载或故障时，输入输出转速会出现大范围的波动。所以对齿轮箱输入输出转速进行检测有利于观察齿轮箱的运行状态。

本系统采用光电式测速方法测量转速。该方法是基于光电效应,将光电二极管与光电晶体管配对构成光电开关,测速过程中通过带孔圆盘输出脉冲系列,利用LabVIEW中计数器便可测出脉冲个数,再通过计算求出转速:n=60N/Zt式中,n为被测轴转速(r/min);N为计数器的读数值;Z为圆盘孔数; t为计数的时间。脉冲信号进入微机后,计脉冲数、计时、计算转速都通过软件功能来实现^[12]。

3.3齿轮箱输入输出扭矩

齿轮箱在正常的运行过程中输入和输出扭矩在某一固定值周围波动，当输入输出扭矩波动显著时可以表征齿轮箱运行出现故障。监测系统可以对扭矩设定预警值，当扭矩超出正常范围时系统自动开启报警。

3.4齿轮箱振动加速度

选取振动作为齿轮箱运行状态的评价指标，是因为通过对振动信号以及振动频谱的分析，可以得出齿轮箱中齿轮的啮合频率。如果齿轮箱在运行过程中因为齿轮、轴、轴承的偏心而引起不平衡，则会在振动频谱上反映出来。所以对振动值的检测是齿轮箱运行状态监测系统首要选择的参数，监测系统在运行过程中直接测量的是振动加速度值^[13]。通过软件的一次和二次积分，系统会自动对振动速度和振动位移值进行计算，从而可以在所选取的振动检测点上任意地从振动加速度、振动速度、振动位移之中选取实时的振动值进行显示与分析。监测系统也可以通过软件中的参数设置来对振动值进行设置，从而当监测系统在运行过程中所显示的振动值超过设置值时，监测系统会执行指示灯和声音的双重报警功能^[14]。

3.5电机电压电流

在工厂里，电机使用的工业用电，在电机启停或故障时电压电流波动较大。为避免电压电流波动致使齿轮箱损毁，使用监测系统对电机电压和电流进行监测十分有必要。当电压电流异常时，监测系统及时提醒监测人员关注齿轮箱的运行情况。根据P=UI电机电流电压也可以反映出电机的功率状况，及时地向监测人员显示电机及齿轮箱的运行状态^[15]。

4、监测系统设计原理

4.1系统组成

基于PC的齿轮箱过程参数远程监测系统，主要由传感器、数据采集卡、PC机组成。

传感器采集到各种被测的物理量，并将其转化成电信号，在送入数据采集卡，经过处理

后，再传给计算机上的监测软件进行显示^[16]。

4.2常用总线及特点简介

任何测试系统的研制和外围模块的开发,都必须服从一定的总线规范。总线的结构不同，性能差别很大。因此，对总线的衡量，也是围绕这一职能而定义、测试和比较的。总线传输率是其性能的主要指标。另外，总线的课操作性、兼容性和性价比也是很重要的技术特征。常用总线包括PCI总线、UCB总线、IEEE-488总线、Profibus-DP总线、VXI总线和PXI总线。其中仪器总线主要包括VXI总线和PXI总线^[17]。

4.2.1 VXI总线

VXI总线是VME在测量仪器领域的扩展，这是一种新型测量仪器的标准总线，其总线标准是一种在世界范围内完全开放的、适用于各国不同厂家、不同应用领域的行业标准^[18]。其特点是：

(1) VXI总线技术向所有厂商开放，并与现有工业标准兼容，这种公开系统规范在相同插件底版中提供不同厂商产品的互连与操作。

(2) VXI背板最初可实现80MB/s的理论数据传输速率。

(3) 可在一个VXI机架上插入多达13块插卡 ，同时VXI允许把机架联接到一起，构成数千个通道的数据采集系统。

4.2.2 PXI总线

PXI总线是CompactPCI总线在仪器领域的扩展，是 NI发布的一种开放式工业规范。最主要的电气规范由PCI总线发展而来，同时对电源、空气冷却装置、抗电磁干扰和恶劣环境的结构等做了规范，在底板上定义了多种仪器专用线，从而满足测试用户的更高需求^[19]。PXI总线的特点如下 ：

(1) PXI总线是PCI总线的增强与扩展，并与现有工业标准CompactPCI 兼容，它在相同插件底板中提供不同厂商产品的互连与操作。作为一种开放的仪器结构，PXI提供了在VXI以外的另一种选择，满足了顾客希望以比较低的价格获得高性能模块仪器的需求 。

(2) PXI最初只能使用内嵌式控制器，最后NI公司发布了MXI一3接口，扩展了PXI的系统控制，包括直接PC控制、多机箱扩展和更长的距离控制，扩大了PXI的应用范围。

(3) 可在一个PXI机架上插入8块插卡( 1个系统模块和7个仪器模块 )，而且可以通过NI公司的多系统扩展接口MXI一3，以星形或菊花链联接多个PXI机箱 。

(4) 为了满足测控模块的需要，PXI总线通过Jl连接器提供了33MHz的系统时钟，通过J2连接器提供了10MHz的TrL 参考时钟信号、TrL触发总线和 12引脚的局部总线。这样同步、触发和时钟等功能的信号线均可直接从PXI总线上获得，而不需要繁多的连线和电缆。

基于PXI总线的虚拟仪器测试系统虽然价格稍高，但是可以在恶劣的环境中正常工作，价格和性能上介于PCI系统和VXI系统之间，可以用在一般要求的自动测试系统场合和系统总价格有限制地自动测试系统^[20]。

4.3软件

随着计算机软硬件技术和测试技术的不断进步，虚拟仪器(Virtual Instrument简称 VI)正逐渐成为测试领域的发展方向。虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件，在计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计仪器的测试功能。硬件主要解决信号的输入输出，其中计算机是虚拟仪器的硬件基础，信号的输入由数据采集卡来实现；软件是虚拟仪器的核心，最具代表性的软件是美国国家仪器公司(National Instrument简称 NI)开发的图形化编程语言 LabVIEW。利用数据采集卡作为数据采集设备，用 LabVIEW 软件开发平台设计齿轮箱监测系统，可实现对齿轮箱进行实时远程监控^[21]。

该软件所需实现的功能包括：数据采集、保存、可调用已有数据进行分析。所监测的各项参数在软件面板上实时显示，界面友好形象，使用方便。

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