齿轮噪源干扰下变转速运行滚动轴承的故障诊断研究

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1、学校代码：公开：密级又遥乂博士学位论文论文题目齿轮噪源干扰下变转速运行滚动轴承的故障诊断研究学科专业机械制造及其自动化作者姓名王天杨指导教师李建勇教授程卫东副教授博士学位论文齿轮噪源干扰下变转速运行滚动轴承的故障诊断研究作者：王天杨导师：李建勇教授程卫东副教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟

2、髙校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名签字日期：分年⋯月日签字日期：年月日学校代码：公开：密级北京交通大学博士学位论文齿轮噪源干扰下变转速运行滚动轴承的故障诊断研究作者姓名：王天杨学号：导师姓名：李建勇职称：教授程卫东职称：副教授学位类别：工学学位级别：博士学科专业机械制造及其自动化研究方向：制造装备智能测控与故障诊断北京交通大学年月致谢不觉间，转入博士阶段已有五个年头，突然意识到自己的学龄竟高于身处的机械工程楼，不禁感慨万千。才觉几年前目空一切的无知少年早己变成如今战战兢兢的求学者。期间取得的一切收获均离不开恩师李建勇

3、教授与程卫东副教授的引导与关怀。蒙恩师李建勇教授不弃，收我入门。虽已去五年，最初的教诲依然清晰，读博确是件不易的事。幸得恩师提点、鼓励、信任与包容，才得以坚持到底。导师学术上的高屋建瓴与一丝不苟，做事上的思虑周全与按部就班，做人上的坦荡胸怀和正直无私都将使我受益终生。在此，谨向导师李建勇教授致以最崇高的敬意和感激。感谢副导师程卫东副教授，是他将一个不知研究为何物的我带入科研之门，并在整个硕博期间始终给予我无私的帮助和指导。在我最迷茫的阶段，远在美国的他不但给予我实验数据上的支持，还不断地与我交流，引导我走出误区。在此向他表示最衷心的感谢。感谢加拿大渥太华大学机械系的梁明教授。没有他

4、的指导与帮助，我无法在短时间完成我的实验工作。他宽阔的学术视野和事必躬亲的治学态度给予了我极大的帮助。在此，向梁教授表达最诚挚的感谢。同时也要感谢在加期间同组的老师、研究生以及房东霍先生在实验及生活上给予的帮助。感谢实验室沈海阔、王恒和温伟刚老师对我的帮助，感谢同窗好友聂蒙、宋龙龙、刘阳、苏凯凯、赵德尊对本论文提出的宝贵意见。是他们提供的良好氛围使得枯燥的博士生活变得温馨、活跃。上敬高堂，感激父母的养育之恩。是他们无尽的包容和支持给予我莫大的力量，使我有力量面对一切困难。感谢我的新婚妻子智少丹女士，感谢同样在攻读博士学位的她与我相伴、分担一路上所有的酸、甜、苦、辣。最后，再次向所有

5、关心、支持和帮助过我的老师、同学、家人和朋友表达最诚挚的谢意！摘要摘要对滚动轴承开展故障诊断研究的动机源自其在机械设备稳定运行中的重要地位：一方面，由于绝大多数机械设备均涉及转动，这使得轴承成为应用最为广泛的通用部件之一，另一方面，正如轴承之名所示，其主要作用即为承载，加之其本身寿命离散度大且常工作于恶劣工作条件等特点使其成为旋转设备中的易损部件。实际工程中，滚动轴承往往决定着整个设备甚至整条生产线的工作状态。因为滚动轴承在机械设备稳定运行中所扮演的重要角色，故障诊断领域的许多学者对其振动特性及诊断方法进行了长期的研究并提出了以包络解调技术为代表的有效解决方案。但是，该技术的成功应

6、用却是以转速平稳作为前提条件的，分析对象也往往集中于滚动轴承本身。随着机械设备向复杂化与集成化发展，滚动轴承复杂的运行模式与环境必将使对其运行状态进行判断更加困难。其中，大范围的变转速工作模式将改变滚动轴承的振动特性，而以齿轮为代表的噪源则将分别在时域和频域对滚动轴承故障特征的提取构成干扰。为此，本学位论文试图在阶比跟踪和包络分析的框架下，以对变转速运行模式下故障轴承及齿轮噪源的振动特性进行详细分析为基础，提出一套不依赖辅助设备的，切实可行的算法解决齿轮噪源干扰下变转速运行滚动轴承的故障诊断问题。齿轮箱的啮合振动是一种常见的影响滚动轴承故障诊断的干扰源，有必要在幵展滚动轴承的故障诊

7、断之前对其予以去除。但是，变转速工作模式的干扰与参考传感器理想安装位置难以确定这两个问题将制约传统齿轮噪源去除算法的成功应用。为此，本文首先通过对变转速运行模式下齿轮噪源的振动特性的分析提出瞬时峰值啮合倍频趋势线的概念，其次，以该趋势线为基础提出了仅与齿轮噪源相关的理想参考信号构造方法与变转速运行模式下自适应滤波算法核心参数滤波器长度与步长参数的确定准则，最后，在不依赖任何辅助设备的前提下，依靠新构造的理想参考信号与适合变转速工作模式的自适应滤波参数实现尽量不影响滚动