基于最小二乘支持向量机的滚动轴承故障诊断研究

发布时间：2020-05-04 21:06

【摘要】：滚动轴承是旋转机械中最常用的重要零件之一,其状态直接影响整个机械系统能否正常工作,因此,滚动轴承故障诊断具有十分重要现实意义和经济价值。针对故障轴承产生的振动信号具有非平稳特性,传统分析方法难以提取故障信息等不足,本文提出了一种基于小波包变换提取滚动轴承故障信息的算法。针对人工神经网络分类器存在一些诸如局部最小值、收敛速度慢等不足,本文提出了一种基于支持向量机的滚动轴承故障识别算法,实验仿真表明该算法的训练时间、测试时间都比神经网络分类器短,识别准确率比神经网络分类器高。针对基于支持向量机的训练过程是求解二次优化,当数据样本增加时,其训练速度会明显变慢的不足,本文提出了一种基于最小二乘支持向量机的滚动轴承故障识别算法,将求解二次优化问题转化求解线性方程组问题。实验仿真表明该算法比支持向量机的训练和测试速度更快,并能获得相当高的识别准确率。针对核函数宽度系数、正则化因子以及模型参数的选择具有随意性和不确定性的不足,本文提出了一种基于贝叶斯推断分层次优化确定参数的方法。实验仿真表明该算法提高了建模效率,且训练和测试速度快、识别准确率高。
【图文】：

形状分类,滚动体,滚动轴承

如图2-1 所示。滚珠轴承的滚动体形状是圆珠形，滚柱轴承的滚动体形状是圆柱体，，滚针轴承的滚动体形状是圆针形的。滚珠轴承在机械中应用最为广泛，本论文所研究滚动轴承均指滚珠轴承。滚珠轴承滚柱轴承滚针轴承图 2-1 滚动轴承按滚动体形状分类2.1.2 滚动轴承组成部件及几何结构滚动轴承的几何结构决定了轴承的动态性能以及振动特点，是影响轴承故障诊断的关键因素。1．组成部件滚动轴承由滚珠(Rolling Element)，内环(Inner Ring)、外环(Outer Ring)和用于固定滚珠的笼(Cage)四大部分组成，外环的内沟和内环的外沟构成滚珠的轨道，笼子用于分离和定位滚珠。2．几何结构轴承的内部几何结构，如图 2-2 所示，基本尺寸包括内径iD 、外径oD 、环宽度B 和滚球直径D，以及径向间隙dP 、层心直径md 、内环直径id 、外环直径od 和接触角0α

几何结构图,滚动轴承,几何结构,滚珠

图 2-2 滚动轴承的几何结构2.2 滚动轴承基本故障频率滚动轴承有四个故障特征频率，即滚珠过外环频率bpoff 、滚珠过内环频率bpiff 、笼的旋转频率ftff 和滚珠旋转频率bsff 。假设外环固定不动，而内环旋转的速度与轴的旋转速度相等，滚珠与外环内环没有摩擦。定义滚珠的数量是Z ，内环的旋转速度是in ，则笼的旋转频率ftf为：0(1 cos )120iftfmn Dfd= α(2-1滚珠过外环频率bpoff ，滚珠过内环频率bpiff 都与笼的旋转频率有关，分别为：0(1 cos )120ibpof ftfmZn Df Z fd= = α(2-2
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.33;TH165.3

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