基于EMD和共振解调的滚动轴承故障诊断方法研究

摘要

滚动轴承是旋转机械的重要零部件之一,其工作状态直接决定机械系统的性能及运行工况。在实际的工程实践中,滚动轴承的一个微小故障轻则可能导致生产线的停机,重则还可能损坏设备并造成严重的经济损失。因此,开展滚动轴承故障诊断与预报的研究对避免重大事故、变革维修体制和促进经济发展等都具有重要的现实意义。
　　 本文介绍了滚动轴承的机械结构、振动机理、故障形式及成因和故障特征等。详细研究了故障诊断领域应用较多的理论和方法,这些方法包括特征参数判别诊断法、共振解调诊断法、基于Hilbert-Huang变换的诊断法。本文利用振动法采集滚动轴承的故障信号,并搭建了现场试验台进行信号采集。
　　 通过对共振解调技术和Hilbert-Huang变换的研究发现:基于传统的共振解调技术的诊断方法存在带通滤波参数(中心频率和滤波带宽)需要预先确定和固定的滤波频带具有局限性等缺陷,而基于Hilbert-Huang变换的诊断方法虽然能够同时从时间尺度和频率尺度很好的描述信号的变化情况,但是通过Hilbert谱和边际谱还是难以观察到明显的故障特征信号。本文采用将这两种诊断方法结合起来进行故障诊断,利用了EMD分解的自适应性弥补了共振解调技术需要固定滤波参数的缺陷,利用共振解调技术能提取调制在高频固有振动中故障信息的能力弥补了HHT无法突显故障特征的缺陷,并用实验验证了该方法的有效性,实验结果表明基于EMD的共振解调技术能够准确可靠的进行滚动轴承的故障诊断。并在此基础上,针对EMD共振解调故障诊断方法存在计算量大和选取IMF分量进行特征提取需要人工干预的缺陷,本文提出了改进的EMD共振解调故障诊断方法,并将该改进方法与传统的共振解调方法和EMD共振解调方法在计算量、智能程度和有效性方面进行了对比分析,分析结果表明本文提出的改进EMD共振解调方法优于传统的共振解调法和EMD共振解调方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 滚动轴承故障诊断技术的发展及研究现状

1.2.1 滚动轴承故障诊断的发展历程

1.2.2 滚动轴承故障诊断方法的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 滚动轴承故障机理分析

2.1 滚动轴承结构与振动机理

2.1.1 滚动轴承的典型结构

2.1.2 滚动轴承的振动机理

2.2 滚动轴承故障形式及成因

2.3 固有振动频率及故障特征频率

2.3.1 滚动轴承的固有频率

2.3.2 滚动轴承的特征频率

2.4 本章小结

第三章 故障诊断技术与方法的研究

3.1 特征参数判别法

3.1.1 时域参数

3.1.2 频域参数

3.2 共振解调法

3.2.1 共振解调技术诊断原理

3.2.2 共振解调技术的实现

3.2.3 共振解调法故障诊断仿真实验

3.3 希尔伯特黄变换

3.3.1 瞬时频率

3.3.2 内禀模态函数

3.3.3 经验模态分解的实现步骤

3.3.4 希尔伯特谱与其边际谱

3.3.5 HHT仿真信号分析

3.4 基于EMD和共振解调的滚动轴承故障诊断

3.4.1 基于EMD共振解调法的实现步骤

3.4.2 基于EMD共振解调法故障诊断的可行性验证

3.5 改进的EMD共振解调滚动轴承故障诊断方法

3.5.1 减少虚假IMF分量的产生

3.5.2 智能选取IMF分量

3.6 本章小结

第四章 滚动轴承振动数据采集系统的设计

4.1 采集系统设计要求

4.2 数据采集系统硬件设计

4.2.1 加速度传感器

4.2.2 数据采集卡

4.2.3 工业控制计算机

4.3 系统软件设计

4.4 数据采集系统系能测试

4.5 本章小结

第五章 诊断方法在滚动轴承故障诊断中的应用

5.1 滚动轴承振动信号采集

5.1.1 采集对象

5.1.2 实验设备

5.1.3 滚动轴承故障特征频率计算

5.2 故障信号处理和分析

5.2.1 传统的共振解调诊断实验

5.2.2 EMD共振解调故障诊断实验

5.2.3 改进的EMD共振解调的滚动轴承故障诊断实验

5.2.4 故障诊断方法的对比分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果