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基于小波能量谱的轴承振动噪声缺陷辨识方法

作　者: 张蕾
导　师: 杨咸启
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境工程
关键词: 轴承振动模型缺陷辨识小波包变换能量谱
分类号: TB535
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着汽车、家电等产品向超平稳方向发展,产品制造厂家对轴承振动和噪声特性提出了愈来愈高的要求,要求其振动和噪声水平低、无异音,甚至静音,并具有长时间保持低振动和低噪声的寿命特性。当前轴承故障诊断技术绝大部分都集中于对于工作过程中的轴承失效原因的检测和预测,而于轴承生产厂家来说,他们更为关心的是:究竟是什么因素导致新出厂的轴承振动噪声值超标。本课题就是针对这一问题,希望能够找到一种有效的缺陷辨识方法,使其在对新下线的轴承进行质量检测时,能够快速的发现轴承缺陷,以改进生产加工工艺,有效的降低轴承成品的振动噪声值。本文首先建立包括润滑等摩擦因素影响的轴承振动模型,对轴承运转状态参数进行较为精确的分析,对轴承单缺陷因素所产生的激励进行分析,以确定缺陷产生激励的及引起轴承振动的特性,为随后的振动信号分析奠定理论基础。另一方面,选取对信号有良好分析能力的分析方法,提取表征振动性能的特征量,以达到对缺陷进行辨识的目的。具体完成了一下工作: 第一、克服了经典轴承振动模型线性化假设的缺陷,建立了轴承振动5自由度的非线性模型。该模型充分考虑了润滑状态下轴承的非线性动力学特性,包括接触区的弹性流体动力润滑(EHL)的卷吸效应和挤压效应,建立了良好润滑状态下的轴承振动模型,与轴承实际工作状态更符合,为轴承的故障诊断提供了理论基础。第二、对轴承振动噪声影响因素进行分析,按照影响因素的特点对激振力形式进行了分类,以轴承元件损伤及表面波纹度为例讨论了轴承振动激励力的计算方法以及由这几种缺陷所引起的轴承的缺陷频率的仿真计算。第三、对汽车空调器轴承振动试验数据进行了小波包分析。该轴承振动信号有以下的特点:1、故障信号为非平稳信号;2、故障信号不明显,隐藏在背景振动中;3、振动频率集中在中高频段。针对这些特点,我们采用有自适应时频窗作用的小波包函数对信号进行分析。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
1 绪论  10-22
  1．1 国内外轴承振动噪声标准发展  11-13
    1．1．1 国外标准发展  11-12
    1．1．2 国内标准发展  12-13
  1．2 轴承振动与噪声的分析方法  13-15
    1．2．1 轴承振动与噪声的关系  13-14
    1．2．2 轴承振动噪声分析方法  14-15
    1．2．3 本课题所采用的检测方法  15
  1．3 轴承振动信号采集试验装置  15-16
    1．3．1 试验介绍  15-16
  1．4 轴承缺陷辨识的研究发展  16-18
    1．4．1 故障诊断技术的发展  16-17
    1．4．2 振动噪声理论研究  17-18
  1．5 轴承故障诊断技术的研究现状  18-19
  1．6 本课题的难点  19-21
  1．7 本文的主要研究内容  21-22
2 滚动轴承的振动模型  22-28
  2．1 轴承运动模型坐标系  22-23
  2．2 轴承动力学模型的建立  23-27
    2．2．1 力学模型的假设  23
    2．2．2 球轴承的振动方程  23-24
    2．2．3 轴承振动质量矩阵  24
    2．2．4 轴承阻尼矩阵与刚度矩阵  24-26
    2．2．5 轴承振动方程分析  26-27
  2．3 小结  27-28
3 轴承振动刚度与阻尼的确定  28-45
  3．1 概述  28
  3．2 球轴承基本几何参数与运动参数  28-31
    3．2．1 球轴承结构  28-29
    3．2．2 轴承曲率和与曲率差  29-30
    3．2．3 轴承运动参数  30-31
  3．3 接触载荷与接触变形的计算  31-32
  3．4 弹性流体动压润滑状态下油膜厚度  32-34
  3．5 实际接触角的计算  34-35
  3．6 轴承模型中整体刚度与阻尼系数的计算  35-40
    3．6．1 Hertz接触区刚度的计算  36-37
    3．6．2 考虑入口区的刚度与阻尼  37-38
    3．6．3 润滑油膜总体刚度与阻尼  38-40
  3．7 参数影响分析  40-44
  3．8 小结  44-45
4 轴承振动模型的模拟分析  45-55
  4．1 引起振动的要原因  45-46
  4．2 典型激振力形式下的轴承振动  46-48
  4．3 轴承典型振动模拟  48-54
    4．3．1 轴承元件损伤引起的振动频率  48-49
    4．3．2 波纹度引起的轴承激振力及仿真  49-51
    4．3．3 轴承振动过程模拟  51-54
  4．4 小结  54-55
5 小波变换及小波包变换理论分析  55-65
  5．1 概述  55
  5．2 时窗、频窗、时-频窗概念  55-57
    5．2．1 时窗及其度量  56
    5．2．2 频窗及其度量  56
    5．2．3 时-频窗  56-57
  5．3 小波变换基本概念  57-60
    5．3．1 小波变换定义  57-58
    5．3．2 小波变换的自适应时-频窗  58-60
  5．4 多分辨分析  60-61
  5．5 小波包变换理论  61-63
    5．5．1 小波包分解  61-62
    5．5．2 小波包重构  62-63
  5．6 小结  63-65
6 小波包能量谱在轴承缺陷分析中的应用  65-81
  6．1 小波包能量谱分析方法  65-66
    6．1．1 小波包能量谱  65-66
    6．1．2 小波包能量变化率  66
  6．2 小波能量谱变化率缺陷诊断方法及应用  66-80
    6．2．1 小波能量谱变化率缺陷诊断方法步骤  67
    6．2．2 小波能量谱变化率缺陷诊断方法的应用  67-80
  6．3 小结  80-81
7 结论  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
附录  88-90

基于小波能量谱的轴承振动噪声缺陷辨识方法

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