小波分析在滚动轴承故障诊断中的研究

论文摘要

轴承故障诊断在机械故障诊断中具有重要地位。而小波分析是近二十年来发展起来的信号处理方法,对非平稳信号的分析有较好的效果。轴承故障振动信号大多为非平稳信号。本论文将二者结合,将小波分析成功地用于滚动轴承故障振动信号分析并提出了一种基于连续小波变换的滚动轴承故障特征提取方法,试验结果验证了所提出方法的有效性。论文应用小波变换,对一定量的实验室采集的故障轴承数据进行处理。提出了对特定尺度下的小波分解系数进行傅里叶变换提取轴承故障特征频率的新方法。这种方法中的尺度的选择建立在连续小波变换尺度-能量谱图的基础上。这种方法能够在较强的干扰下,较为精确地提取轴承故障频率。本文同时研究了用二进小波和小波包进行滚动轴承故障诊断,并且通过小波包分解系数精确地重构了轴承故障信号,并且成功地提取出非常接近于主转频二倍频的故障特征频率。研究中对比了不同小波基对轴承故障信号特征提取的效果,通过很多试验证明在众多小波基中Morlet小波和Meyer小波对轴承故障频率的提取效果较好,而离散Meyer小波在某些方面优于Morlet小波。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 轴承故障诊断技术的现状及趋势
• 1.2.1 轴承故障诊断技术的历史与现状
• 1.2.2 轴承故障诊断发展展望
• 1.3 小波理论发展历史、现状与展望
• 1.3.1 小波理论历史与现状
• 1.3.2 小波分析理论发展展望
• 1.4 课题研究背景
• 1.5 论文主要研究内容以及方案简介
• 第二章 滚动轴承故障诊断基础
• 2.1 滚动轴承故障种类以及原理
• 2.2 滚动轴承故障特征频率简介
• 2.2.1 滚动轴承固有频率
• 2.2.2 滚动轴承单一缺陷特征频率
• 2.3 常用滚动轴承分析方法
• 2.3.1 统计特征参量分析
• 2.3.2 功率谱分析
• 2.3.3 时域平均法
• 2.3.4 倒频谱分析方法
• 2.3.5 共振解调
• 2.4 本章小结
• 第三章 小波理论简介
• 3.1 短时傅里叶变换
• 3.1.1 短时傅里叶变换定义
• 3.1.2 短时傅里叶变换的时频性质
• 3.2 连续小波变换
• 3.2.1 连续小波变换的定义
• 3.2.2 连续小波逆变换
• 3.2.3 连续小波变换的性质
• 3.3 离散小波变换
• 3.3.1 函数空间以及框架介绍
• 3.3.2 离散小波变换
• 3.3.3 二进小波变换
• 3.4 多分辨率分析
• 3.4.1 信号近似逼近
• 3.4.2 康托尔间断集
• 3.4.3 多分辨率分析
• 3.5 正交小波包
• 3.5.1 正交小波包的定义
• 3.5.2 正交小波包的性质
• 3.5.3 正交小波包的子空间分解
• 3.6 常用小波举例
• 3.6.1 Haar小波
• 3.6.2 Daubechies小波
• 3.6.3 Morlet小波
• hat小波'>3.6.4 Mexico_hat小波
• 3.6.5 Meyer小波
• 3.6.6 coiflets小波
• 3.6.7 symlet小波
• 3.6.8 双正交小波
• 3.7 本章小结
• 第四章 轴承故障试验介绍
• 4.1 轴承故障试验台介绍
• 4.1.1 试验台总体介绍
• 4.1.2 试验台结构
• 4.2 采集设备以及传感器介绍
• 4.3 实验参数及数据预处理
• 4.3.1 试验相关参数介绍
• 4.3.2 实验数据预处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 连续小波变换在轴承故障诊断中的应用
• 5.1 轴承故障信号的连续小波变换
• 5.1.1 连续小波变换系数分解理论细述
• 5.1.2 连续小波变换系数分解处理过程
• 5.2 连续小波变换尺度-能量谱在轴承故障诊断中的应用
• 5.2.1 连续小波变换尺度-能量谱理论
• 5.2.2 连续小波变换尺度-能量谱在滚动轴承中的应用
• 5.3 傅里叶变换在续小波变换分解系数中的应用
• 5.3.1 傅里叶变换在续小波变换分解系数中应用的理论基础
• 5.3.2 轴承故障特征频率提取中的应用与研究
• 5.3.3 不同小波在轴承故障频率提取中的效果对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 二进小波和小波包在滚动轴承故障诊断中的应用与研究
• 6.1 二进小波在滚动轴承故障诊断中的应用与研究
• 6.1.1 二进小波分解在轴承故障诊断中的应用
• 6.1.2 不同二进小波的选取在轴承故障诊断中的对比
• 6.2 基于小波包的轴承故障信号分解与重构
• 6.2.1 直接利用小波包对故障轴承信号进行分解与重构
• 6.2.2 不同小波分解效果对比
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 7.2.1 研究中发现的问题
• 7.2.2 进一步研究设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录及参与的项目
• 附录A.1 发表的论文目录
• 附录A.2 参与的项目