滾動軸承早期局部沖擊故障的特征提取方法研究.pdf

1、滾動軸承是機械設(shè)備中常用且關(guān)鍵的零部件，其工作狀態(tài)是否正常直接關(guān)系到整臺機組乃至整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量和運行安全。研究滾動軸承的監(jiān)測和診斷技術(shù)，對于避免重大事故、變革維修體制和促進經(jīng)濟發(fā)展等具有重要的理論研究價值和實際應(yīng)用意義。
　　 本文以實現(xiàn)滾動軸承早期故障特征提取為目的，較深入研究了循環(huán)統(tǒng)計量理論以及滾動軸承的故障信號模型，分析了振動信號的循環(huán)平穩(wěn)機理，通過結(jié)合循環(huán)統(tǒng)計量理論、解調(diào)分析、自適應(yīng)濾波理論以及時頻分析方法，實現(xiàn)軸

2、承故障振動特征信號與背景噪聲以及其他干擾信號的分離，從而客觀、有效地識別其早期微弱故障特征。
　　 本文分析滾動軸承初期故障特點及類型，引入滾動軸承故障信號模型，將其確定性信號分量和隨機信號分量，研究了其各自頻譜特點：滾動軸承故障信號模型的確定性信號分量的頻譜是離散頻譜；而隨機信號分量的功率譜密度函數(shù)是連續(xù)頻譜。分析表明故障沖擊周期的不嚴格確定(軸承轉(zhuǎn)速的波動，滾動體接觸角的改變等影響)，滾動軸承故障信號頻譜中的離散譜線會因此被

3、連續(xù)頻譜模糊，故障特征頻率也就很難從信號的頻譜中看到。
　　 選頻帶可有效降低噪聲及其它干擾諧波信號對包絡(luò)解調(diào)分析結(jié)果的影響，但如果選取頻帶內(nèi)仍混有未知諧波信號，則包絡(luò)譜仍然受到影響。為進一步消除未知諧波成分的影響，討論了時延信號作為參考信號的維納濾波問題，設(shè)計了基于頻域算法的自適應(yīng)濾波器，并對其濾波器性能進行了分析。在此基礎(chǔ)上進行了自適應(yīng)離散譜線消除基礎(chǔ)上的包絡(luò)解調(diào)仿真與試驗分析，分析結(jié)果說明了該方法的可行性和有效性。

4、　　 給出了譜相關(guān)密度函數(shù)估計式的一般形式，研究了核函數(shù)QL(p，q)其頻譜QL(λ，η)在各具體估計方法中的表現(xiàn)形式。研究表明，為降低譜相關(guān)密度函數(shù)估計的偏差，需要QL(λ，0)更接近Dirac函數(shù)；而要降低估計方差，則要求QL(λ，η)在λ軸趨向扁平均勻分布。降低估計偏差和估計方差對QL(λ，η)的要求是矛盾的，對此對不同的具體問題和要求，需要有一個折衷的過程。此外，進一步研究了譜頻率分辨率、循環(huán)頻率分辨率以及循環(huán)頻率域的能量泄露

5、等問題。
　　 由二階循環(huán)統(tǒng)計量的定義出發(fā)，得到滾動軸承故障信號模型的二階循環(huán)平穩(wěn)特征。著重研究了基于譜相干函數(shù)分析的滾動軸承早期故障診斷方法，該方法最大優(yōu)點是受有色噪聲影響較小并給出具體解釋。此外，還分析了諧波信號成分、分段子數(shù)據(jù)段長度以及循環(huán)頻率能量泄露對診斷效果的影響，并進行了齒輪箱振動數(shù)據(jù)的實驗分析。
　　 基于二階循環(huán)平穩(wěn)理論，在軸承振動信號循環(huán)相干分析的基礎(chǔ)上，提出累積能量指數(shù)(CEI)來定量表征滾動軸承的損

6、傷程度。軸承仿真和預(yù)設(shè)損傷實驗數(shù)據(jù)表明，CEI隨損傷程度增加而增加，可正確有效指示軸承損傷程度。進行了軸承加速壽命實驗，實驗結(jié)果分析表明，在軸承正常運行時，CEI和有效值(RMS)一樣可保持穩(wěn)定狀態(tài)；在軸承狀態(tài)惡化時，CEI顯示了比RMS更早更高的損傷靈敏度。
　　 分析對比了Wigner-Ville時頻分布算法，基于譜相關(guān)密度函數(shù)的Wigner-Ville時頻分布算法，基于匹配追蹤的時頻分布算法。對于含噪聲的循環(huán)平穩(wěn)信號，基于