论文题目: 基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法的研究及应用
论文类型: 硕士论文
论文专业: 水声工程
作者: 姜小荧
导师: 古长江
关键词: 故障诊断,小波,滚动轴承,振动信号,多分辨率分析
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,机械设备故障诊断技术在国内外得到了较大的发展,在国民生产中起到了重大的作用。本文在总结和汲取他人研究成果的基础上,引入小波分析方法,从滚动轴承外部振动信号中获取故障特征信息,有效地实现了滚动轴承的故障诊断。 首先,从滚动轴承振动信号的产生机理出发,讨论了滚动轴承的固有振动,承载时由于滚动体、内外圈刚度非线性和装配原因引起的振动以及轴承各种异常情况下振动的特点。分析了应用共振解调原理,利用轴承外表面振动信号对机器进行不解体故障诊断是可行的。建立了滚动轴承各组成元件有损伤点时振动信号的理论模型,并分析了各种故障振动信号的特点,为滚动轴承振动故障诊断提供了理论依据。 然后,分析对比了振动信号的一般处理方法,包括预处理和二次处理的方法。这里,主要对二次处理的方法作了详细的介绍,包括时域信号的统计特征,频域分析的傅立叶变换和短时傅立叶变换。针对滚动轴承系统的非线性和外表面振动信号的非平稳特性,引入小波分析方法。简要介绍了小波分析的原理和满足条件,对连续小波变换、离散小波变换、小波包分析分别作了具体介绍并配有仿真应用来说明它们各自的特点、使用场合及应用于故障诊断时的有效性。还介绍了几种常用的基本小波及其各自的特点,因为小波变换不同于其它常用的信号变换就在于它的基函数是可变的,可以根据分析对象的特点选择最适合的基本小波函数。 接着,根据滚动轴承故障振动的理论模型,构造出了外圈、内圈、滚动体上有单个损伤点时的仿真信号,用小波包变换的方法对其进行特征提取,进而作出状态诊断,得到了正确的结果。 最后应用小波分析对两个实测的滚动轴承振动信号进行了分析。一个是齿轮减速箱低速轴近电机端的轴承,对比了同一轴承无故障和内圈有损伤点时振动信号的离散小波变换分解系数得出内圈有损伤点时,振动信号的高频细节分量的能量明显增大并且呈正态分布的结论,应用小波包诊断方法分离出了内圈工作频率,得出了该轴承内圈故障的结论。另一个应用实例是齿轮减速箱高速轴近电机端的轴承,用小波包诊断方法得到该轴承外圈故障的特征频率,确定该轴承为外圈故障。对比了该轴承外圈早期故障和晚期故障的振动信号的小波包分解结果,证明了小波包方法诊断滚动轴承早期故障的有效性。
论文目录:
摘要
Abstract
1 序论
1．1 故障诊断的意义及内容
1．1．1 故障诊断的定义
1．1．2 滚动轴承故障诊断的意义
1．1．3 轴承故障诊断的内容
1．2 故障诊断的发展概况及现状
1．3 滚动轴承故障诊断的基本原理和基本方法
1．4 小波分析法的发展及现状
1．5 本论文的主要研究内容
2 滚动轴承振动的产生和滚动轴承故障机理
2．1 滚动轴承的振动类型
2．1．1 滚动轴承的固有振动
2．1．2 承载状态下滚动轴承的振动
2．1．3 异常轴承的振动
2．2 共振解调诊断原理
2．3 滚动轴承元件表面有损伤点的理论模型
2．3．1 外圈上有单个损伤点的情况
2．3．2 内圈上有单个损伤点的情况
2．3．3 单个滚动体上有单个损伤点的情况
2．3．4 滚动轴承元件有多个损伤点的理论模型
2．4 本章小节
3 信号处理的一般方法与小波分析
3．1 信号的预处理
3．1．1 零均值化
3．1．2 消除趋势项
3．1．3 剔除异点
3．2 时域分析
3．3 傅立叶变换
3．3．1 傅立叶级数
3．3．2 傅立叶变换
3．3．3 傅立叶变换处理信号的例子
3．4 短时傅立叶变换(STFT)
3．5 小波变换
3．5．1 连续小波变换
3．5．2 离散小波变换
3．5．3 小波包
3．5．4 常用基本小波函数
3．5．5 Morlet小波
3．5．6 Mexican Hat小波
3．5．7 Meyer小波
3．6 小波变换应用于信号分析——强噪声背景下单一频率成分的提取
3．7 本章小节
4 仿真与工程应用
4．1 仿真滚动轴承故障分析
4．1．1 模拟轴承外环故障
4．1．2 模拟轴承内环故障
4．1．3 模拟轴承滚动体故障
4．2 应用小波包对滚动轴承进行故障诊断的工程应用
4．2．1 外环故障
4．2．2 内环故障
4．3 本章小节
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-05-13
参考文献
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