基于Envelope包络与阶次分析的滚动轴承故障诊断

摘要

滚动轴承作为一种承受和传递载荷的重要部件，在机械设备中广泛使用。特殊工况或极端工作环境往往导致滚动轴承性能衰退，此外实际工作中滚动轴承常处于变转速运行状态，变转速使得滚动轴承故障特征具有非平稳性。变转速工况下滚动轴承容易发生故障，可能导致设备损毁，甚至造成灾难性事故。因此，对变工况下滚动轴承进行故障诊断具有非常重要的意义，也是机械设备安全可靠运行、避免经济损失的保障。 针对变工况条件下的滚动轴承故障诊断中，由于载荷或转速波动引起的趋势项问题，提出了一种基于Envelope函数与包络阶次谱的变工况下滚动轴承故障诊断。在故障诊断方法中，求某一平稳信号包络时用的最多的是Hilbert变换，但并不是Hilbert特变换适用于所有信号包络的情况，对于转速波动较大或有趋势项的信号，希尔伯特变换不再适用。本文用Envelope函数包络、Hilbert变换包络、平方包络等对仿真数据和实验数据进行包络计算。通过仿真数据和实验数据综合对比分析表明，基于Envelope函数的包络能更有效的计算出变工况下故障信号的调制阶次。 针对变转速工况下的滚动轴承故障诊断，用基于Envelope函数包络与已有的计算阶比跟踪（computed order tracking,COT）技术相结合的方法，研究了轴承的故障机理和不同转速下轴承的阶次值，并在变转速条件下对内圈故障轴承实验台测试数据进行研究，实验中为使信号中故障特征阶次更加明显，采用契比雪夫低通滤波技术，结果证明此方法更有利于故障识别，为变工况下的机械故障诊断提供参考。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1滚动轴承故障诊断发展历程

1.2.2 滚动轴承故障特诊断方法概述

1.2.3基于振动分析方法的滚动轴承故障诊断研究现状

1.2.4包络解调为主的变工况滚动轴承故障诊断研究现状

1.2.5基于计算阶比分析的变工况滚动轴承故障诊断研究现状

1.3论文主要研究工作

2滚动轴承故障机理及振动特性

2.1引言

2.2滚动轴承的主要失效形式

2.3滚动轴承固有特性

2.4滚动轴承运动学

2.5滚动轴承故障振动信号特征

2.5.1平稳工况下滚动轴承故障振动信号特征

2.5.2变工况下滚动轴承故障振动信号特征

2.6本章小结

3 Envelope函数包络算法及仿真

3.1引言

3.2 Envelope函数包络算法

3.2.1包络解调技术

3.2.2 Envelope函数算法

3.3仿真信号包络方法分析与研究

3.3.1平稳工况仿真调制信号包络方法研究

3.3.2变工况仿真调制信号包络方法研究

3.4本章小结

4计算阶次跟踪技术

4.1引言

4.2阶次分析技术的流程及分析方法

4.3基于数字微分法测量转速

4.4变工况滚动轴承仿真信号包络的阶次分析

4.5本章小结

5 Envelope函数与阶次跟踪在变工况轴承故障诊断中的应用

5.1引言

5.2滚动轴承故障阶次频率及特征分析

5.3 三种包络方法与阶次分析技术在变工况滚动轴承故障诊断验证

5.3.1平方包络阶次

5.3.2 Hilbert变换包络阶次

5.3.3 Envelope函数包络阶次

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢