基于循环平稳信号二维平面表示的滚动轴承早期故障诊断方法研究

发布时间：2022-12-18 09:22

　　旋转机械结构复杂，对运转条件要求较高，滚动轴承的任何轻微故障都有可能改变其自身的运转状态，进而牵连到其它部件，引发一系列连锁反应，导致设备性能下降，甚至产生并发故障。如何提取滚动轴承的微弱故障特征，揭示其早期、微弱、潜在故障及其发生、发展和转移，是设备状态监测和故障诊断面临的巨大挑战。旋转机械在运转过程中，尤其是在故障状态下，其物理参数具有周期时变的特点，呈现循环平稳特征。从故障的物理本质入手，洞悉故障产生机理，是识别微弱故障特征的关键。 本文以实现滚动轴承早期故障特征提取为目的，针对旋转机械设备发生故障时具有循环平稳和非高斯的特点，通过研究基于二阶和三阶循环统计量的二维表示方法，有效实现旋转机械早期故障智能预示。研究内容如下： （1）本文首先分析滚动轴承初期故障特点及类型，引入滚动轴承故障信号模型，将其分为确定性信号分量和随机信号分量，研究了其各自频谱特点：滚动轴承故障信号模型的确定性信号分量的频谱是离散频谱；而随机信号分量的功率谱密度函数是连续频谱。分析表明由于故障冲击周期的不严格确定（轴承转速的波动，滚动体接触角的改变等影响），滚动轴承故障信号频谱中的离散谱线会因... 

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
目录
符号说明
第一章 绪论
    1.1 选题背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题意义
    1.2 国内外研究现状及发展动态分析
        1.2.1 滚动轴承的状态监测与故障诊断
        1.2.2 循环统计量理论
        1.2.3 基于二、三阶循环统计量二维信息综合利用的旋转机械故障特征提取与智能预示方法
    1.3 文献总结
    1.4 主要工作与总体框架
第二章 循环统计量基本理论
    2.1 引言
    2.2 循环平稳定义与分类
        2.2.1 定义
        2.2.2 分类
    2.3 二阶循环统计量
        2.3.1 循环自相关函数
        2.3.2 谱相关密度函数
    2.4 高阶循环统计量
        2.4.1 高阶统计量基础
        2.4.2 高阶循环统计量
    2.5 小结
第三章 滚动轴承的循环平稳模型
    3.1 引言
    3.2 滚动轴承循环平稳模型
        3.2.1 滚动轴承故障信号模型
        3.2.2 滚动轴承故障信号模型的频谱分析
        3.2.3 滚动轴承故障信号模型的循环平稳分析
    3.3 小结
第四章 基于二阶循环平稳分析方法的两维平面表示
    4.1 引言
    4.2 谱相干函数分析方法用于滚动轴承早期故障诊断
        4.2.1 有色噪声的影响
        4.2.2 谐波信号成分影响分析
        4.2.3 齿轮箱振动数据试验分析
    4.3 小结
第五章 基于循环平稳理论的时频分布
    5.1 引言
    5.2 基于谱相关密度的 Wigner-Ville 分布
        5.2.1 Wigner-Ville 分布
        5.2.2 基于谱相关密度函数的 Wigner-Ville 分布
    5.3 仿真分析结果
        5.3.1 仿真结果 1：2 个时频原子时频分布计算结果对比
        5.3.2 仿真结果 2：多普勒信号时频分布计算结果对比
        5.3.3 仿真结果 3：周期时变系统信号时频分布计算结果对比
        5.3.4 外圈点蚀故障
        5.3.5 内圈点蚀故障
    5.4 实验结果分析
        5.4.1 实验方案
        5.4.2 实验结果
    5.5 小结
第六章 基于三阶循环平稳分析方法的二维平面表示
    6.1 引言
    6.2 三阶循环矩与三阶循环累计量
    6.3 三阶循环矩谱与三阶循环累计量谱
    6.4 基于循环双谱的滚动轴承故障特征提取的两维表示
        6.4.1 循环双谱的基本理论
        6.4.2 基于循环双谱两维表示的仿真结果 1
        6.4.3 基于循环双谱两维表示的仿真结果 2
        6.4.4 循环双谱两维表示的实验结果
    6.5 循环双谱二次切片分析：即循环双谱中心频率处切片谱的水平切片
        6.5.1 循环双谱二次切片分析的提出
        6.5.2 滚动轴承振动信号的循环双谱二次切片的实现
        6.5.3 循环双谱二次切片分析仿真结果
        6.5.4 循环双谱二次切片分析实验结果
    6.6 小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 主要创新
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文清单
攻读博士学位期间参与科研项目情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高阶循环平稳的柴油发动机曲轴轴承振动信号分析[J]. 夏天,王新晴,赵慧敏,梁升.  内燃机学报. 2009(06)
[2]匹配追踪在齿轮故障诊断中的应用[J]. 赵发刚,陈进,董广明.  上海交通大学学报. 2009(06)
[3]齿轮局部损伤振动信号的循环平稳性分析[J]. 商铁军,张文明,刘立,冯志鹏,白佳宾.  北京科技大学学报. 2009(03)
[4]基于循环平稳解调的齿轮裂纹早期故障诊断研究[J]. 崔玲丽,高立新,蔡力钢,张建宇,胥永刚.  振动工程学报. 2008(03)
[5]循环平稳度解调频原理分析及其在齿轮故障诊断中的应用[J]. 何俊,陈进,毕果,周福昌.  上海交通大学学报. 2007(11)
[6]滚动轴承振动的周期平稳性分析及故障诊断[J]. 贾民平,杨建文.  机械工程学报. 2007(01)
[7]谱相关密度分析在轴承点蚀故障诊断中的研究[J]. 毕果,陈进,李富才,何俊,周福昌.  振动工程学报. 2006(03)
[8]基于小波滤波与循环平稳度分析的滚动轴承早期故障诊断方法[J]. 周福昌,陈进,何俊,毕果,张桂才,李富才.  振动与冲击. 2006(04)
[9]调幅信号谱相关密度分析中白噪声影响的研究[J]. 毕果,陈进,周福昌,何俊,李富才.  振动与冲击. 2006(02)
[10]Fault Early Diagnosis of Rolling Element Bearings Combining Wavelet Filtering and Degree of Cyclostationarity Analysis[J]. 周福昌,陈进,何俊,毕果,李富才,张桂材.  Journal of Shanghai Jiaotong University. 2005(04)

博士论文
[1]基于循环平稳的滚动轴承及齿轮微弱故障特征提取应用研究[D]. 毕果.上海交通大学 2007
[2]结构损伤全局检测若干方法研究及应用[D]. 董广明.上海交通大学 2007
[3]直升机旋转部件故障特征提取的高阶统计量方法研究[D]. 陈仲生.国防科学技术大学 2004



本文编号：3721800