基于小波理论的滚动轴承振动信号的分析研究

摘要

滚动轴承是旋转机械中应用最为广泛的机械零件，也是最易损坏的元件之一。轴承的质量影响到整个系统的稳定性。目前大部分生产民用级轴承的企业对轴承进行质量检测时都是完全凭借检验员的感觉判断，个人主观因素难以消除，检测结果不是很理想，导致一部分故障轴承流入市场，带来了故障隐患，因此如何运用客观标准鉴别轴承的质量将故障轴承杜绝在轴承生产企业内部，意义十分重大。本文在总结和汲取他人研究成果的基础上，采用了小波包分析方法，从滚动轴承振动信号中提取故障特征信息，成功地实现了滚动轴承的故障诊断。首先，从滚动轴承振动信号的产生机理出发，讨论了滚动轴承的固有振动，承载时由于滚动体、内外圈刚度非线性和装配原因引起的振动以及轴承各种异常情况下振动的特点，并且建立了滚动轴承各组成元件有损伤点时振动信号的理论模型，并分析了各种轴承振动信号的特点，为滚动轴承振动故障诊断提供了理论依据。其次，在对轴承特征提取方法引入了能量-故障法，首先运用小波包理论将信号的频带进行划分，然后构造出以能量为元素的特征向量，通过对比各类型轴承的特征向量，成功地将轴承划分为合格轴承和故障轴承两大类，继而又通过对故障轴承振动信号的频谱分析成功提取出了各种类型故障轴承的特征信号。最后，经过对大量实验数据的处理和分析，诊断结果令人满意，证明了实验方法的正确性，同时也说明小波分析确实为滚动轴承故障诊断提供了强有力的分析手段。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 故障诊断技术在国内外的发展概况

1.3 滚动轴承诊断技术的发展现状

1.4 小波理论的应用研究及其在故障诊断中发展现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 滚动轴承故障的特征分析

2.1 滚动轴承的结构

2.2 滚动轴承的振动机理

2.2.1 滚动轴承的固有振动频率

2.2.2 合格轴承的振动信号特征

2.2.3 故障轴承的振动信号特征

2.3 滚动轴承元件表面有损伤点的理论模型

2.3.1 外圈上有单个损伤点的理论模型

2.3.2 内圈上有单个损伤点的理论模型

2.3.3 单个滚动体上有单个损伤点的理论模型

2.4 本章小结

第3章 小波分析基本理论

3.1 小波分析基本理论

3.1.1 连续小波变换

3.1.2 离散小波变换

3.1.3 小波包分析

3.1.4 小波的选取标准

3.2 小波分析的应用

3.2.1 小波分析在信号消噪中的应用

3.2.2 小波分析在信号特征提取中的应用

3.3 本章小结

第4章 振动实验及信号分析

4.1 实验准备工作

4.1.1 机械部分

4.1.2 信号采集部分

4.2 传统的故障诊断方法

4.3 基于小波理论的滚动轴承振动信号的分析研究

4.3.1 小波包能量谱在轴承故障缺陷中的应用

4.3.2 利用小波包进行特征提取的诊断方案

4.3.3 实验结果分析

4.4 本章小结

第5章 滚动轴承的故障诊断

5.1 滚动轴承故障诊断过程

5.2 故障诊断方法的可行性验证

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢