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基于应力波与小波分析的低速滚动轴承故障诊断研究

作　者: 卜楠楠
导　师: 陈长征
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 低速滚动轴承 故障诊断 应力波 小波分析
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 326次
引　用: 7次
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内容摘要


低速滚动轴承结构和工作条件特殊,故障机理复杂,诊断难度较大。本文根据低速滚动轴承的故障特性,提出了利用应力波与小波分析进行低速滚动轴承故障诊断的方法。应力波技术作为一种新型动态检测方法,已在故障诊断中得到初步应用。对低速滚动轴承故障产生的应力波特点及其传播规律的透彻了解是检测轴承局部损伤的关键,同时应力波信号处理对故障诊断至关重要。目前对这两方面的研究仍面临着许多亟待解决的问题。本文在国家自然科学基金“基于应力波和计算智能的低速旋转机械故障健康监测与故障诊断研究”课题基础上进行了深入而又有针对性的研究。 首先,本文以低速运转Cooper轴承系列01B65EX滚子轴承为例,建立了完好与故障低速滚动轴承的三维整体接触计算模型,运用有限元软件对其进行了比较全面、精确的分析,计算并比较了各种故障发生前后各元件的应力、应变及其接触应力分布。分析结果表明,通过观测应力变化规律可以判断低速滚动轴承是否存在故障以及故障发生的位置,从而为进一步研究基于应力波的低速滚动轴承故障诊断方法提供充分的理论依据。 其次,对小波分析的性质及其特征作了简要介绍,并重点研究小波分析在低速滚动轴承故障诊断中的应用。小波分析作为一种时频分析方法,通过调整窗口的长与宽可同时解决信号在时域和频域分辨率差的问题。本文根据小波分析以及应力波信号的特点,选择Debauchies小波对采集的数据信号进行小波特征提取。 最后,在应力波实验的基础上,选择db6母小波、尺度j=4对实验所采集的数据信号进行小波变换,变换后其成分D3和D4信号即为应力波特征信号,然后将D3和D4信号进行重构,去除其它频带的低频和高频噪声,提取了各种模拟故障的应力波信号特征频率。同时分析了各种模拟故障的幅值大小,发现当传感器放置在轴承座上时,润滑脂污染的应力波幅值最大,外圈故障次之,内圈故障最小,这正好与有限元分析得出的结论相对应,即外圈故障对外滚道表面应力应变变化规律的影响最大。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 引言  11-13
  1.2 国内外应力波技术研究概述  13-17
    1.2.1 研究进展与现状  13-15
    1.2.2 应力波技术的特点  15-17
  1.3 低速滚动轴承监测技术  17-18
  1.4 本论文的技术路线及研究工作主要内容  18-20
2 低速滚动轴承典型故障及其应力波故障信号机理  20-27
  2.1 低速滚动轴承失效的基本形式  20-21
  2.2 低速滚动轴承的故障特征分析  21-23
    2.2.1 滚动轴承的典型结构  21-22
    2.2.2 低速滚动轴承的频率特征  22-23
  2.3 低速滚动轴承故障的应力波故障信号机理  23-26
    2.3.1 波动方程  23-24
    2.3.2 固体中应力波的传播规律  24-25
    2.3.3 低速滚动轴承应力波故障信号的产生  25-26
    2.3.4 应力波信号处理的困难所在  26
  2.4 本章小结  26-27
3 低速滚动轴承的有限元分析  27-41
  3.1 有限元方法的基本思想  27
  3.2 有限元法的特点  27-28
  3.3 有限元法的基本方程  28-30
  3.4 低速滚动轴承的有限元建模  30-33
    3.4.1 实体模型的建立  30
    3.4.2 结构的离散化  30-31
    3.4.3 接触单元的建立与设置  31-32
    3.4.4 约束和载荷的处理  32-33
  3.5 低速滚动轴承故障模拟与诊断  33-40
    3.5.1 完好轴承的模拟结果  33-34
    3.5.2 低速轴承故障诊断  34-40
  3.6 本章小结  40-41
4 小波分析简介  41-54
  4.1 概述  41-42
  4.2 时间—频率局域化分析  42-44
  4.3 连续小波变换  44-47
  4.4 离散小波变换和二进小波变换  47-49
  4.5 小波基的选择  49-53
    4.5.1 Daubechies小波  50-51
    4.5.2 小波最佳基的选取  51-52
    4.5.3 小波分解与尺度选择  52-53
  4.6 本章小结  53-54
5 应力波实验及数据处理分析  54-66
  5.1 实验装置与测量仪器  54-55
  5.2 实验步骤  55-56
  5.3 实验结果  56-62
    5.3.1 基准测量  56
    5.3.2 故障模拟  56-58
    5.3.3 信号处理  58-62
  5.4 讨论  62-64
  5.5 本章小结  64-66
6 结论与展望  66-68
参考文献  68-72
在学研究成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 轴承
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