基于安全域识别的滚动轴承退化状态表征方法研究

摘要

随着社会进步和工业发展，各大行业的工业设备都在朝着大型、微型、高速、高效的方向发展，与此同时对于这些设备的高可靠性的要求也日趋见长。一旦设备的关键部件发生故障，轻则影响生产，重则毁坏设备甚至危及相关人员的人身安全造成严重社会影响。轴承作为机械设备中的关键零部件，广泛分布在各大旋转机械中，正确的识别轴承的运行状态对于设备健康管理与维护具有重大意义。
　　轴承这一类高可靠度、长寿命的机械部件的退化过程极其缓慢，给轴承的退化状态表征研究带来难度。加速退化试验是解决该问题的有效途径，该试验在不改变轴承退化机理的基础上，提升其加速应力如载荷、转速等，以达到使轴承运行状态快速劣化并获取其全寿命周期退化数据的目的。本文在加速退化试验的基础上，围绕滚动轴承的退化状态表征建模，开展了以下研究工作：
　　（1）针对退化状态表征建模问题，提出了基于安全域的滚动轴承退化状态表征建模方法。通过支持向量数据描述这一数学工具，以轴承健康状态下的振动历史数据训练并优化模型，所得的边界区域包围的超球空间即为安全域。在安全域概念的基础上，当滚动轴承运行状态发生劣化后，样本点将会逐渐偏离安全域，因此样本点与安全域中心的广义距离能够用来描述滚动轴承的劣化趋势，进而实现滚动轴承的退化状态表征建模。
　　（2）针对基于安全域的退化状态表征模型的特征选择问题，提出了基于多准则融合的退化状态特征选择方法。特征参量作为基于安全域的退化状态表征模型的输入，特征参量包含的信息将极大的影响生成的退化状态表征。因此，通过引入单调性、稳健性和关联性准则，对全寿命周期的退化特征进行综合评价与优选，进而实现了模型中的退化特征优选。
　　（3）针对退化状态表征模型验证数据缺乏的问题，在已有轴承加速退化试验平台的基础上，设计了若干组加速退化实验。其中，考虑了加速退化试验中的应力水平及停机准则，对试验的可重复性进行了检验，并总结归纳了滚动轴承加速退化实验的流程方法。最终，获取了相应的加速退化实验数据，对本文提出的基于安全域的滚动轴承退化状态表征建模方法进行验证。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究思路和主要内容

第二章 滚动轴承加速退化试验的基本理论

2.1滚动轴承加速应力的选择与计算方法

2.2滚动轴承加速退化试验方法

2.3滚动轴承加速退化试验停止判定方法

2.4本章小结

第三章 试验振动数据的采集和预处理

3.1轴承试验机及被试轴承介绍

3.2滚动轴承的特征提取方法

3.3试验机重复性试验研究

3.4本章小结

第四章 退化状态表征建模方法

4.1多评价准则融合的特征选择方法

4.2基于支持向量数据描述的退化状态表征建模

4.3本章小结

第五章 滚动轴承加速退化试验应用验证

5.1试验工况设置

5.2数据分析

5.3退化状态表征的有效性验证

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果