基于阶比峭度图的变转速下滚动轴承故障特征提取方法研究

摘要

滚动轴承作为旋转机械中的重要零部件，其工作状态直接关系到整个机械设备的性能，因此研究滚动轴承状态监测和故障诊断对保证设备安全运行、降低事故发生率具有非常重要的意义。变速下的滚动轴承振动信号包含丰富的状态信息，更能表征其故障特征，但是转速随工况或负载的变化产生较大的波动，信号表现出非平稳性，所以能否有效地提取变速下的故障特征成为滚动轴承故障诊断的关键。在阶比分析和谱峭度理论的基础上，本文提出了基于阶比峭度图的滚动轴承故障特征提取方法，在低频干扰和强背景噪声影响下能准确地提取出故障特征，实现变速工况下滚动轴承故障的状态辨识。本文的具体研究内容介绍如下：
　　本文首先概述了滚动轴承的结构、失效形式，并对振动机理、故障类型及故障特征频率进行了研究。在此理论基础上，重点研究了计算阶比跟踪技术，并在全面介绍谱峭度理论的基础上，对各种谱峭度算法进行深入分析和优缺点比较，进而融合计算阶比跟踪技术和基于 FIR滤波器的谱峭度理论的优点，提出了阶比峭度图算法。在滚动轴承的仿真和实测故障信号中对阶比峭度图算法进行验证，并与传统谱峭度算法进行对比分析，结果表明该方法能够显著提高变速工况下故障特征提取的准确性。并在滚动轴承混合故障信号中对该方法进验证，结果表明阶比峭度图算法可以有效地提取混合故障中的各个故障特征。以LabVIEW为软件平台，开发设计了虚拟式滚动轴承故障诊断测试系统，实现对滚动轴承振动信号的采集、处理、分析及保存，该测试系统具有一定的工程实用意义和推广应用价值。

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1 绪论

1.1 本课题研究背景与目的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容与总体框架

2 滚动轴承振动机理及故障特征阶比分析

2.1 滚动轴承的典型结构

2.2 滚动轴承的失效形式

2.3 滚动轴承振动机理和故障特征

2.4 滚动轴承故障特征阶比计算

2.5 本章小结

3 阶比分析与谱峭度理论

3.1 阶比分析理论

3.2 谱峭度理论

3.3 本章小结

4 基于阶比峭度图的滚动轴承故障特征提取

4.1 阶比峭度图算法

4.2 仿真试验

4.3 滚动轴承实测信号分析

4.4 本章小结

5 虚拟式滚动轴承故障诊断测试系统设计

5.1 虚拟仪器技术

5.2 滚动轴承故障诊断系统软硬件总体构架

5.3 系统硬件平台搭建

5.4 系统软件功能开发

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献