滚动轴承振动信号处理与故障特征提取新方法研究

摘要

滚动轴承作为现代旋转机械设备较为常用的一种标准件，其工作状况的优劣将直接对整套机械设备的性能造成影响。因此针对滚动轴承，特别是针对机械设备关键部位的轴承实施状态监测与故障诊断，无论是从经济效益还是保障安全角度考虑，都具有非常重要的意义。因此本文以滚动轴承作为研究对象，从其故障振动信号特征入手，综合运用各类现代信号分析方法，对滚动轴承的振动信号处理与故障特征提取开展了一系列研究工作。论文的主要工作内容如下：
　　1.首先对滚动轴承的振动机理进行了分析，并在以此为基础对滚动轴承的各类局部损伤故障振动信号所具有的频谱特性进行了总结，并对其振动信号检测的注意事项进行了简要介绍。
　　2.对各类信号分析方法的基本理论进行了论述，并对这些方法在振动信号处理中的应用进行了介绍。
　　3.提出了一种基于形态学与平移不变量小波变换及EEMD的滚动轴承故障特征提取方法。将数学形态学和平移不变量小波消噪作为EEMD的前置滤波单元，并通过仿真信号降噪实例，讨论了二者的最优消噪组合形式。针对EEMD分解后会产生虚假的本征模分量这一问题，本文在相关分析的基础上提出了新的筛选方法，有效的对真实分量进行了选取。最后通过对综合故障模拟实验台(MFS-MG)所采集的实际故障轴承振动信号进行分析，成功地提取了滚动轴承外圈、内圈和滚动体故障特征。
　　4.提出了一种基于第二代小波消噪及数学形态学解调的滚动轴承故障特征提取方法。将第二代小波消噪作为差值形态滤波器的预处理单元，通过仿真信号降噪实例，对第二代小波消噪中预测期系数和更新器系数进行了选取。利用差值形态滤波器对消噪信号中由故障损伤引发的冲击成分进行提取后，经频谱分析，最后成功获取了滚动轴承外圈、内圈、滚动体和复合故障特征。

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第一章 绪论

§1.1 本文选题的背景及其研究意义

§1.2 滚动轴承故障诊断概述

§1.3 论文的主要研究内容与结构安排

第二章 滚动轴承故障振动特征分析

§2.1 滚动轴承的典型结构及主要失效形式

§2.2 滚动轴承故障振动特征

§2.3 滚动轴承振动信号的检测

§2.4 本章小结

第三章 基本理论简介

§3.1 经典小波变换

§3.2 第二代小波变换

§3.3 数学形态学

§3.4 集成经验模式分解

§3.5 本章小结

第四章 基于形态学与平移不变量小波变换及EEMD的滚动轴承故障特征提取方法

§4.1 噪声对EMD的影响

§4.2 基于形态学与平移不变量小波变换的组合消噪方法

§4.3 本征模分量的选择

§4.4 滚动轴承故障诊断实例分析

§4.5 本章小结

第五章 基于第二代小波消噪的滚动轴承故障形态学解调方法

§5.1 噪声对形态学解调的影响

§5.2 第二代小波消噪中预测器和更新器系数的选取

§5.3 滚动轴承故障诊断实例分析

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果