频谱细化方法在真空泵轴承故障诊断中的应用研究

论文摘要

随着现代社会对环境保护意识的增强,各种真空泵得到越来越广泛的应用,轴承是真空泵中常用的零件,所以对真空泵的轴承故障诊断也势在必行。传统的频谱分析故障诊断方法主要为功率谱法。但在频率分辨率较低的情况下,功率谱法很难准确地提取故障特征频率。频谱细化方法是一种可以提高频率分辨率的频谱分析手段,将此方法应用到真空泵的轴承故障诊断研究中,具有重要的理论和实际意义。首先概述了滚动轴承的振动机理。研究了常用的滚动轴承故障振动诊断方法及其应用场合。重点介绍了精密诊断方法中的几种谱分析方法:幅值谱法、自功率谱法和包络谱法。其次,阐述了时—频分析方法的基本理论。详细研究了傅立叶变换,短时傅立叶变换和小波变换的基本原理,并介绍了几种机械故障诊断中常用的小波基函数。着重对几种常用的频谱细化方法的原理及应用步骤做了详尽的描述。用MATLAB仿真对复调制频谱细化和小波变换频谱细化两种方法进行了比较研究,验证了小波变换频谱细化分析方法的优越性。通过对FFT-FS频谱细化方法与功率谱分析法进行了比较研究,证明FFT-FS频谱细化方法不仅有较高的频率分辨率,而且弥补了传统功率谱分析法中随着频率分辨率的提高而使分析数据长度增加的缺陷。最后,对频谱细化方法在真空泵的轴承故障诊断中的应用进行了实验研究。利用两种传感器对真空泵的故障振动信号进行了采集,应用小波变换频谱细化方法以及FFT-FS频谱细化方法分别进行了频谱细化,诊断出并验证了真空泵的轴承故障。实验结果证明此两种方法用于故障诊断时具有较高的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 旋转机械故障诊断的概述
• 1.1.1 机械故障诊断的意义、目的和任务
• 1.1.2 国内外机械故障诊断的发展状况
• 1.1.3 旋转机械故障诊断及其意义
• 1.1.4 旋转机械故障诊断的国内外研究现状
• 1.2 频谱细化方法的研究
• 1.2.1 频谱分析技术发展现状及趋势
• 1.2.2 频谱细化方法在国内外的研究现状
• 1.3 真空泵的发展概况
• 1.4 信号处理方法在真空泵元件故障诊断中的应用
• 1.5 课题来源、本文主要研究内容及意义
• 第2章 真空泵的轴承故障诊断研究
• 2.1 真空泵常见的振动故障特征
• 2.2 滚动轴承的振动机理
• 2.2.1 轴承本身结构特点及加工装配误差引起的振动
• 2.2.2 轴承运行故障引起的振动
• 2.3 滚动轴承振动检测
• 2.3.1 传感器的选择
• 2.3.2 测定部位
• 2.3.3 测定参数
• 2.3.4 测定周期
• 2.4 滚动轴承故障振动诊断方法研究
• 2.4.1 滚动轴承的简易诊断方法
• 2.4.2 滚动轴承的精密诊断方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 时—频分析方法的理论基础
• 3.1 时—频分析的基本概述
• 3.2 窗口函数
• 3.3 傅立叶分析的基本理论
• 3.3.1 傅立叶级数
• 3.3.2 傅立叶变换
• 3.3.3 短时傅立叶变换（STFT）
• 3.4 小波分析的理论背景
• 3.5 小波分析的基本理论
• 3.5.1 连续小波变换
• 3.5.2 离散小波变换
• 3.5.3 常用的几种小波基函数
• 3.6 本章小结
• 第4章 频谱细化分析方法的理论研究
• 4.1 信号处理的几个基本概念
• 4.1.1 信号重采样
• 4.1.2 信号的移位
• 4.1.3 卷积定理
• 4.1.4 数字滤波
• 4.2 频谱细化分析方法
• 4.2.1 复调制频谱细化分析方法
• 4.2.2 基于小波变换的频谱细化分析方法
• 4.2.3 FFT—FS 频谱细化分析方法
• 4.3 几种频谱细化分析方法的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 频谱细化方法在真空泵轴承故障诊断中的实验研究
• 5.1 实验对象的介绍
• 5.1.1 组合式真空泵的结构原理
• 5.1.2 滚动轴承的频率计算
• 5.2 真空泵故障诊断实验系统
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验元件的选用
• 5.3 频谱细化方法在真空泵轴承故障诊断中的应用
• 5.3.1 小波频谱细化方法在真空泵故障诊断中的应用
• 5.3.2 FFT-FS 频谱细化方法在真空泵故障诊断中的应用
• 5.3.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介