本文關(guān)鍵詞：齒輪噪源干擾下變轉(zhuǎn)速運(yùn)行滾動軸承的故障診斷研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對滾動軸承開展故障診斷研究的動機(jī)源自其在機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行中的重要地位：一方面,由于絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)備均涉及轉(zhuǎn)動,這使得軸承成為應(yīng)用最為廣泛的通用部件之一,另一方面,正如軸承之名所示,其主要作用即為承載,加之其本身壽命離散度大且常工作于惡劣工作條件等特點(diǎn)使其成為旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的易損部件。實(shí)際工程中,滾動軸承往往決定著整個(gè)設(shè)備甚至整條生產(chǎn)線的工作狀態(tài)。 因?yàn)闈L動軸承在機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行中所扮演的重要角色,故障診斷領(lǐng)域的許多學(xué)者對其振動特性及診斷方法進(jìn)行了長期的研究并提出了以包絡(luò)解調(diào)技術(shù)為代表的有效解決方案。但是,該技術(shù)的成功應(yīng)用卻是以轉(zhuǎn)速平穩(wěn)作為前提條件的,分析對象也往往集中于滾動軸承本身。隨著機(jī)械設(shè)備向復(fù)雜化與集成化發(fā)展,滾動軸承復(fù)雜的運(yùn)行模式與環(huán)境必將使對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷更加困難。其中,大范圍的變轉(zhuǎn)速工作模式將改變滾動軸承的振動特性,而以齒輪為代表的噪源則將分別在時(shí)域和頻域?qū)L動軸承故障特征的提取構(gòu)成干擾。為此,本學(xué)位論文試圖在階比跟蹤和包絡(luò)分析的框架下,以對變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下故障軸承及齒輪噪源的振動特性進(jìn)行詳細(xì)分析為基礎(chǔ),提出一套不依賴輔助設(shè)備的,切實(shí)可行的算法解決齒輪噪源干擾下變轉(zhuǎn)速運(yùn)行滾動軸承的故障診斷問題。 齒輪箱的嚙合振動是一種常見的影響滾動軸承故障診斷的干擾源,有必要在開展?jié)L動軸承的故障診斷之前對其予以去除。但是,變轉(zhuǎn)速工作模式的干擾與參考傳感器理想安裝位置難以確定這兩個(gè)問題將制約傳統(tǒng)齒輪噪源去除算法的成功應(yīng)用。為此,本文首先通過對變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下齒輪噪源的振動特性的分析提出瞬時(shí)峰值嚙合倍頻趨勢線的概念,其次,以該趨勢線為基礎(chǔ)提出了僅與齒輪噪源相關(guān)的理想?yún)⒖夹盘枠?gòu)造方法與變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下自適應(yīng)濾波算法核心參數(shù)(濾波器長度與步長參數(shù))的確定準(zhǔn)則,最后,在不依賴任何輔助設(shè)備的前提下,依靠新構(gòu)造的理想?yún)⒖夹盘柵c適合變轉(zhuǎn)速工作模式的自適應(yīng)濾波參數(shù)實(shí)現(xiàn)盡量不影響滾動軸承振動部分的齒輪噪源去除。 對滾動軸承轉(zhuǎn)頻隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行獲取是實(shí)現(xiàn)抵消變轉(zhuǎn)速工作模式影響的前提。然而,若不依賴轉(zhuǎn)速計(jì)的幫助,很難通過滾動軸承振動信號本身或其它表達(dá)對相應(yīng)的轉(zhuǎn)頻趨勢線進(jìn)行獲取。針對這一問題,本文提出了構(gòu)造替代參量的策略。首先,通過對傳統(tǒng)的基于時(shí)域包絡(luò)譜和角域階比包絡(luò)譜的滾動軸承故障診斷策略進(jìn)行對比,總結(jié)出能夠替代瞬時(shí)轉(zhuǎn)頻趨勢線實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式影響抵消的等效參量所應(yīng)該具備的兩條特性：與軸承轉(zhuǎn)頻同步變化且二者之間的比例關(guān)系固定。其次,通過對變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下故障軸承振動特性的分析構(gòu)造了瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線用來代替難以提取的軸承轉(zhuǎn)頻趨勢線。最后,聯(lián)合應(yīng)用基于kurtogram的譜峭度濾波快速算法與短時(shí)傅里葉變換獲取包含瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線包絡(luò)時(shí)頻譜,并提出基于幅值累加的峰值搜索算法對其進(jìn)行提取。 階比跟蹤技術(shù)是為抵消變轉(zhuǎn)速模式干擾所提出的最常見且最為有效的算法之一。然而,當(dāng)利用該方法分析變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下故障軸承的振動信號時(shí),對應(yīng)的重采樣結(jié)果與理想情況卻存在偏差,而該偏差還將會進(jìn)一步地影響滾動軸承的故障診斷。為此,本文首先利用沖擊響應(yīng)計(jì)算模型推導(dǎo)出軸承故障沖擊波形峰值時(shí)間在變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下隨時(shí)間相對不變這一規(guī)律,其次,通過分析峰值時(shí)間不變特性對傳統(tǒng)階比跟蹤算法的影響機(jī)理,闡述重采樣波形包絡(luò)畸變現(xiàn)象的產(chǎn)生原理,最后,提出基于分段擬合與包絡(luò)畸變補(bǔ)償?shù)碾A比跟蹤算法以消除包絡(luò)畸變現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)以瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線為基礎(chǔ)的故障相角域重采樣。 以瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線為基礎(chǔ)的重采樣結(jié)果與傳統(tǒng)的角域重采樣結(jié)果有著本質(zhì)的區(qū)別,基于包絡(luò)分析的滾動軸承故障診斷策略還會受到解調(diào)齒輪轉(zhuǎn)頻階比峰值的干擾。針對上述問題,本文首先對故障特征階比譜的物理意義及基于它的滾動軸承故障診斷原理進(jìn)行闡述,其次,詳細(xì)討論解調(diào)齒輪轉(zhuǎn)頻階比峰值對基于故障特征階比譜的滾動軸承故障診斷策略的影響機(jī)理,最后,提出構(gòu)造故障特征階比模板實(shí)現(xiàn)對軸承轉(zhuǎn)頻階比的直接定位進(jìn)而完成最終的滾動軸承的故障診斷。 為驗(yàn)證本文所提出算法的有效性,首先根據(jù)變轉(zhuǎn)速模式下故障軸承與齒輪噪源的振動特性構(gòu)造仿真信號,其次,通過利用和改造渥太華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的故障仿真試驗(yàn)臺,獲取模擬同步及異步齒輪噪源干擾下故障軸承的振動信號,再次,分別在各個(gè)章節(jié)中利用上述仿真及實(shí)測信號對相應(yīng)章節(jié)構(gòu)造的算法進(jìn)行驗(yàn)證,并在全文結(jié)尾處以同步運(yùn)行模式下的外圈故障軸承與齒輪噪源的混合信號為實(shí)例,對全文整體算法的流程進(jìn)行形象的總結(jié)和綜合驗(yàn)證。最后,總結(jié)了全文的研究工作,并在此基礎(chǔ)上對隨后的研究工作方向給出了建議。
【關(guān)鍵詞】：滾動軸承 故障診斷 變轉(zhuǎn)速 齒輪噪源 階比跟蹤 包絡(luò)畸變
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH133.33;TH165.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 緒論14-32
• 1.1 滾動軸承故障診斷概述14-18
• 1.1.1 滾動軸承故障診斷的意義14-15
• 1.1.2 滾動軸承故障診斷原理15-18
• 1.2 課題的提出18-27
• 1.2.1 齒輪噪源的干擾18-20
• 1.2.2 變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式的影響20-25
• 1.2.3 變轉(zhuǎn)速工作模式影響的抵消25
• 1.2.4 滾動軸承故障診斷的實(shí)現(xiàn)25-26
• 1.2.5 課題的提出26-27
• 1.3 課題的主要研究內(nèi)容與意義27-29
• 1.3.1 課題的主要研究內(nèi)容27-28
• 1.3.2 課題的工程及學(xué)術(shù)意義28-29
• 1.4 論文主要工作及組織結(jié)構(gòu)29-32
• 2 變轉(zhuǎn)速齒輪噪源干擾去除研究32-62
• 2.1 引言32
• 2.2 ANC算法概述及局限性32-37
• 2.2.1 自適應(yīng)濾波器原理32-34
• 2.2.2 ANC算法在齒輪噪源消除上的應(yīng)用34-35
• 2.2.3 基于自適應(yīng)噪聲消除技術(shù)的齒輪噪源消除算法的局限性35-37
• 2.3 基于瞬時(shí)峰值嚙合倍頻趨勢線的變轉(zhuǎn)速齒輪噪源消除37-44
• 2.3.1 基于瞬時(shí)峰值嚙合倍頻趨勢線的參考信號構(gòu)造算法38-40
• 2.3.2 變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下自適應(yīng)濾波算法核心參數(shù)的選取40-44
• 2.3.3 變轉(zhuǎn)速齒輪噪源消除算法流程44
• 2.4 仿真驗(yàn)證44-52
• 2.4.1 變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式下的仿真模型建立45-47
• 2.4.2 基于仿真模型的齒輪噪源去除算法驗(yàn)證47-52
• 2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證52-59
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹52-53
• 2.5.2 基于實(shí)測數(shù)據(jù)的齒輪噪源去除算法驗(yàn)證53-59
• 2.6 本章小結(jié)59-62
• 3 滾動軸承等效轉(zhuǎn)頻的構(gòu)造與提取62-82
• 3.1 引言62
• 3.2 等效轉(zhuǎn)頻趨勢線的構(gòu)造62-65
• 3.2.1 等效轉(zhuǎn)頻趨勢線應(yīng)具備的特性62-64
• 3.2.2 瞬時(shí)故障特征趨勢線概念的提出64-65
• 3.3 瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線的提取65-70
• 3.3.1 基于譜峭度快速算法及STFT的包絡(luò)時(shí)頻譜獲取65-68
• 3.3.2 基于幅值累加的瞬時(shí)故障特征頻率趨勢線提取68-70
• 3.4 算法驗(yàn)證70-79
• 3.4.1 仿真驗(yàn)證70-74
• 3.4.2 實(shí)際信號驗(yàn)證74-79
• 3.5 本章小結(jié)79-82
• 4 變轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式影響的抵消算法82-106
• 4.1 序言82
• 4.2 基于時(shí)頻分布的階比跟蹤算法概述82-83
• 4.3 變轉(zhuǎn)速工作模式下故障沖擊波形峰值時(shí)間的分布特性83-89
• 4.3.1 基于傳統(tǒng)沖擊響應(yīng)計(jì)算模型的理論推導(dǎo)84-88
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證88-89
• 4.4 包絡(luò)畸變現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理及其對軸承故障診斷的影響89-94
• 4.4.1 包絡(luò)畸變的產(chǎn)生機(jī)理90-92
• 4.4.2 包絡(luò)畸變現(xiàn)象對滾動軸承故障診斷的影響92-94
• 4.5 基于分段擬合與包絡(luò)畸變補(bǔ)償?shù)墓收舷嘟怯蛑夭蓸铀惴?/span>94-99
• 4.5.1 包絡(luò)畸變的補(bǔ)償值的確定94-96
• 4.5.2 核心參數(shù)的確定96-98
• 4.5.3 重采樣算法流程98-99
• 4.6 算法驗(yàn)證99-103
• 4.6.1 仿真信號驗(yàn)證99-100
• 4.6.2 實(shí)測信號驗(yàn)證100-103
• 4.7 本章小結(jié)103-106
• 5 基于故障特征階比模板的軸承故障診斷106-118
• 5.1 序言106
• 5.2 基于故障特征階比譜的軸承故障診斷原理106-108
• 5.3 基于故障特征階比模板的滾動軸承故障診斷108-117
• 5.3.1 齒輪轉(zhuǎn)頻階比的影響108-110
• 5.3.2 基于轉(zhuǎn)頻階比邊帶的故障特征階比模板構(gòu)造110-111
• 5.3.3 算法驗(yàn)證111-117
• 5.4 全文算法流程總結(jié)117
• 5.5 本章小結(jié)117-118
• 6 結(jié)論118-122
• 6.1 全文總結(jié)118-120
• 6.2 工作展望120-122
• 參考文獻(xiàn)122-130
• 附錄A130-134
• 作者簡歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果134-138
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集138

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：齒輪噪源干擾下變轉(zhuǎn)速運(yùn)行滾動軸承的故障診斷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：350704