滚动轴承振动故障特征提取与寿命预测研究

发布时间：2017-04-07 16:08

  本文关键词：滚动轴承振动故障特征提取与寿命预测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滚动轴承是旋转机械中最基础且易发生故障的零部件之一,其运行状态对于保障关键设备安全可靠运行意义重大。对滚动轴承进行状态监测,当设备出现劣化特征时,准确判断其故障及预测其剩余寿命对于合理安排设备的维修决策至关重要。本文以滚动轴承振动信号为研究对象,研究了振动故障特征提取和剩余寿命预测这两个关键问题。论文的主要内容如下：(1)基于美国西储大学典型故障轴承数据,分析了滚动轴承在不同类型和不同程度故障下的时域、频域和时频域的能量特征参数,对比其适用范围。利用幅值谱分析、Hilbert包络解调和小波包分解法等信号处理方法,初步提取多统计特征参数,针对多统计参数存在不相关和冗余成分,提出了一种基于方差分值及主元分析的滚动轴承故障特征提取的新方法,该方法可实现对滚动轴承的故障状态的有效分类,通过实际的轴承信号验证了方法的有效性。该方法优点在于利用简单的时频特征量实现故障诊断。(2)针对可预测的滚动轴承时间依存性故障,研究了基于多衰退特征的比例故障模型。选取反应设备退化趋势的特征量作为模型的输入,最终确定均方根值和小波包敏感能量值作为输入协变量。通过同类部件的历史寿命及状态监测数据建立模型,再将根据已有的监测数据预测的特征量输入模型进行实时剩余寿命评估。实现了单个滚动轴承剩余寿命的实时预测,与Logistic回归模型对比,得出比例故障模型的预测结果更加准确有效。该模型可实现对渐进型轴承故障的有效预测,基于辛辛那提大学的全寿命数据验证了该方法的有效性
【关键词】：滚动轴承 振动信号 特征提取 小波分析 寿命预测
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-15
• 1.2.1 滚动轴承的状态监测方法9-11
• 1.2.2 滚动轴承故障特征提取方法研究现状11-12
• 1.2.3 滚动轴承寿命预测方法研究现状12-13
• 1.2.4 比例故障模型的应用及研究现状13-15
• 1.3 论文的研究内容及安排15-16
• 2 滚动轴承的故障机理与振动特征参数提取16-31
• 2.1 滚动轴承的基本结构16-17
• 2.2 滚动轴承的失效形式17-18
• 2.3 滚动轴承的振动分析18-20
• 2.3.1 滚动轴承振动机理18
• 2.3.2 滚动轴承的故障特征频率和固有频率18-20
• 2.4 基于振动信号的特征参数提取20-30
• 2.4.1 时域统计特征参数提取20-23
• 2.4.2 频域统计特征参数提取23-25
• 2.4.3 时频域能量特征参数提取25-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 基于PCA的滚动轴承故障特征提取方法研究31-43
• 3.1 滚动轴承振动信号特征分析31-36
• 3.1.1 振动信号的时域频域统计特征31-33
• 3.1.2 Hilbert包络谱统计特征33
• 3.1.3 小波包分解的能量特征参数33-34
• 3.1.4 滚动轴承振动信号特征参数表示34-36
• 3.2 滚动轴承的振动特征提取36-38
• 3.2.1 特征选取36-37
• 3.2.2 主元分析(PCA)37-38
• 3.3 改进的模糊C均值聚类算法及故障诊断流程38-39
• 3.3.1 改进的模糊C均值聚类算法38-39
• 3.3.2 故障诊断流程39
• 3.4 实例分析39-42
• 3.4.1 美国凯斯西储大学滚动轴承试验数据39-40
• 3.4.2 滚动轴承故障分类性能及评估40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 基于比例故障模型的剩余寿命预测研究43-63
• 4.1 比例故障率模型43-49
• 4.1.1 比例故障率模型43-45
• 4.1.2 回归矢量β的估计45-46
• 4.1.3 威布尔分布46-48
• 4.1.4 基于威布尔比例故障率模型的寿命预测研究48-49
• 4.2 Logistic回归模型49-52
• 4.2.1 二项分类Logistic回归模型49-51
• 4.2.2 多分类Logistic回归模型51
• 4.2.3 回归参数估计51
• 4.2.4 Logistic回归模型与比例故障模型的对比51-52
• 4.3 基于振动信号监测的轴承剩余寿命预测52-62
• 4.3.1 试验装置52-55
• 4.3.2 特征提取55-57
• 4.3.3 剩余寿命预测研究57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王献锋,陈科,赖俊贤,王金钧;滚动轴承寿命理论的发展[J];轴承;2002年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王雷;基于流形学习的滚动轴承故障诊断若干方法研究[D];大连理工大学;2013年

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本文编号：290799