基于阶比多尺度线调频小波路径追踪的滚动轴承故障诊断方法研究

发布时间：2017-07-05 16:16

  本文关键词：基于阶比多尺度线调频小波路径追踪的滚动轴承故障诊断方法研究

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【摘要】：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其运行状态的好坏直接影响到整台机器的性能，对其进行状态监测与故障诊断具有重要的意义。机械设备运行过程中产生的振动信号包含了丰富的故障信息，将故障特征信息从振动信号中提取出来是机械设备故障诊断的关键。 机械设备的故障振动信号通常为非平稳的，，在变转速工况下的机械设备振动信号往往包含了更多的设备运转信息和故障信息，系统的缺陷更容易地被发现。以等时间间隔采用拾取的振动信号在转速波动工况下通常表现出非平稳性与低信噪比性，这导致目前常用的信号处理技术无法准确获取故障特征信息。本文在国家自然科学基金项目(项目编号：50875078)的资助下，针对现有信号处理方法时频聚集性不够、抗噪性能不强等特点，将阶比多尺度线调频小波路径追踪方法引入变转速工况下的滚动轴承故障诊断中。本文研究用多尺度线调频小波追踪算法自适应地准确估计变转速下的故障特征频率曲线，并依据阶比分析获取角域下的平稳信号，最后分别结合多尺度形态学解调与循环平稳解调方法诊断变转速工况下滚动轴承的故障。 论文主要研究工作有 (1)针对现有时频分析方法时频聚集性不够、抗噪性能不强等特点，将多尺度线调频小波路径追踪方法引入到轴承故障诊断，该方法具有较好的时频聚集性与抗噪性，非常适合诊断变转速工况下的滚动轴承故障。仿真信号分析证明了该方法的有效性与优越性。 (2)针对变转速工况下的滚动轴承故障特征信息难以提取的问题，提出一种基于线调频小波路径追踪的阶比多尺度形态学解调的滚动轴承故障诊断方法。该方法先采用线调频小波路径追踪算法获得轴承的故障特征频率；再对非平稳转速下时域振动信号的包络进行等角度重采样得到角域平稳信号，并用基于信号局部峰值的方法确定多尺度形态学分析的结构元素；用各结构元素对重采样信号进行形态学操作，最后对操作结果的平均值做频谱分析，以完成阶比多尺度形态学的解调过程。线调频小波路径追踪算法能很好的提取轴承非平稳振动信号的故障特征频率，而多尺度形态学解调是对各尺度形态学分析结果的平均值进行频谱分析，能有效地抑制噪声，从而使得该方法具有很好的抗噪性能，适用于工程实际中变转速轴承振动信号的分析。仿真分析和应用实例证明了该方法的有效性和优越性。 (3)将线调频小波路径追踪算法与循环平稳解调方法相结合，提出一种变转速滚动轴承的故障诊断方法。该方法首先采用线调频小波路径追踪算法获得轴承的故障特征频率；再对非平稳转速下时域振动信号的包络进行等角度采样，获得角域周期平稳信号，并获取角域信号的循环自相关函数；在特征循环阶比处对循环自相关函数进行切片，最后对切片进行解调分析得到切片解调谱，依据切片解调谱进行滚动轴承故障诊断。线调频小波路径追踪算法能准确、有效地提取轴承非平稳振动信号的故障特征频率，而循环平稳解调分析能有效提取淹没在噪声中的周期性故障特征，从而使得该方法具有很好的抗噪性能，适用于工程实际中变转速轴承振动信号的分析。仿真分析和应用实例证明了该方法的有效性和优越性。 本文将阶比多尺度线调频小波路径追踪算法引入到变转速工况下的滚动轴承故障诊断中，并结合多尺度形态学解调以及循环平稳解调方法，实现了信号处理方法的优势互补，并利用阶次解调谱很好的识别了变转速工况下的滚动轴承的故障特征。仿真算例和应用实例表明，阶比多尺度线调频小波路径追踪算法在滚动轴承的故障诊断中具有良好的应用前景。
【关键词】：多尺度 线调频小波 形态学分析 循环平稳解调 滚动轴承 故障诊断
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.33;TH165.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 研究背景与意义14
• 1.2 滚动轴承故障诊断技术的现状14-15
• 1.3 信号处理技术在滚动轴承故障诊断中的应用15-22
• 1.3.1 滚动轴承故障的时域分析方法16-18
• 1.3.2 滚动轴承故障的频域分析方法18
• 1.3.3 滚动轴承故障的时频分析方法18-22
• 1.4 论文研究思路及主要研究内容22-25
• 1.4.1 论文的研究思路22-23
• 1.4.2 论文的主要内容安排23-25
• 第2章 滚动轴承的故障机理及诊断技术25-33
• 2.1 概述25
• 2.2 滚动轴承的结构25-27
• 2.2.1 滚动轴承的固有振动26
• 2.2.2 滚动轴承局部缺陷的特征频率26-27
• 2.3 滚动轴承故障类型27-28
• 2.4. 滚动轴承振动与噪声的形成机理28-29
• 2.5 滚动轴承故障诊断技术29-31
• 2.5.1 振动诊断技术29-30
• 2.5.2 声发射诊断技术30
• 2.5.3 油膜电阻诊断技术30
• 2.5.4 铁谱诊断技术30
• 2.5.5 温度诊断技术30-31
• 2.6 滚动轴承故障振动检测及步骤31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 阶比多尺度线调频小波路径追踪方法33-45
• 3.1 引言33-34
• 3.2 MCPP 方法原理和算法实现34-38
• 3.2.1 多尺度基函数（chirplet 原子）和 chirplet 图34-35
• 3.2.2 最大投影系数求解35-36
• 3.2.3 chirplet 原子连接算法36-38
• 3.2.3.1 chirplet 原子间的可连接性判断36-37
• 3.2.3.2 动态时间支撑区最佳路径追踪算法37-38
• 3.3 仿真算例38-40
• 3.3.1 单分量低信噪比信号38-40
• 3.4 阶比分析40-43
• 3.4.1 阶比的定义41
• 3.4.2 阶比分析41-43
• 3.5 基于多尺度线调频基小波路径追踪的阶比分析43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 基于阶比多尺度形态学解调的滚动轴承故障诊断45-55
• 4.1 引言45-46
• 4.2 多尺度形态学及其计算46-47
• 4.3 基于线调频小波路径追踪的阶比多尺度形态学解调47-49
• 4.4 仿真信号分析49-51
• 4.5 实测滚动轴承故障振动信号分析51-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的滚动轴承故障诊断55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 循环平稳解调55-57
• 5.3 阶比循环平稳解调57-58
• 5.4 仿真信号分析58-61
• 5.5 实测滚动轴承故障振动信号分析61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 1 结论65-66
• 2 展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 附录 A 攻读学位期间发表和录用的论文目录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马波,魏强,徐春林,江志农;基于Hilbert变换的包络分析及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年06期

2 章立军;徐金梧;阳建宏;杨德斌;;自适应多尺度形态学分析及其在轴承故障诊断中的应用[J];北京科技大学学报;2008年04期

3 谢燕江;杨智;范正平;罗远明;;应用小波变换去除膈肌肌电图信号中的心电干扰[J];电子学报;2010年02期

4 袁晓,虞厥邦;复解析小波变换与语音信号包络提取和分析[J];电子学报;1999年05期

5 赵培洪;平殿发;邓兵;;抑制Winger-Ville分布交叉项的新方法[J];计算机应用;2010年08期

6 林京,屈梁生;基于连续小波变换的信号检测技术与故障诊断[J];机械工程学报;2000年12期

7 郭瑜,秦树人;无转速计旋转机械升降速振动信号零相位阶比跟踪滤波[J];机械工程学报;2004年03期

8 陈涛，屈梁生，耿中行;小波分析及其在机械诊断中的应用[J];机械工程学报;1997年03期

9 刘红星,陈涛,屈梁生,李振武,于立柱;能量算子解调方法及其在机械信号解调中的应用[J];机械工程学报;1998年05期

10 姜鸣,陈进;循环自相关函数的解调性能分析[J];上海交通大学学报;2002年06期

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1 罗洁思;基于多尺度线调频小波路径追踪的机械故障诊断方法研究[D];湖南大学;2011年

本文编号：522686