面向稀疏表征的滚动轴承-转轴复合故障诊断方法研究.pdf

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1、硕士学位论文面向稀疏表征的滚动轴承-转轴复合故障诊断方法研究SPARSEREPRESENTATION-ORIENTEDRESEARCHONDIAGNOSISOFROLLINGBEARING-SHAFTCOMPOUNDFAULTS孙宏健哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH17学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文面向稀疏表征的滚动轴承-转轴复合故障诊断方法研究（工程型）硕士研究生：孙宏健导师：黄文涛副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH17U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSPARSEREPRESENTATION-ORIENTEDRESEARCHONDIAGNOSISOFROLLINGBEARING-SHAFTCOMPOUNDFAULTS(ENGINEERING)Candidate：SunHongjianSupervisor：AssociateProf.HuangWentaoAcademicDegreeAppliedfor：Master

3、ofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要滚动轴承在现代旋转机械设备中的应用极其广泛，是保障系统安全平稳运行的关键一环，也是最容易出现失效故障的零部件之一，对滚动轴承的工作性能进行有针对性的状态监测和故障诊

4、断不仅能够有效避免恶性事故的发生，而且也有利于合理维护策略的制定，降低设备维护不足或维护过剩的概率。本文以存在复合故障的滚动轴承-转轴系统为研究对象，针对不同应用场合的诊断需求，提出了面向稀疏表征的故障诊断方法，实现了对滚动轴承-转轴复合故障的定性以及定量诊断，为滚动轴承-转轴系统的状态监测提供了新的技术手段。以典型的滚动轴承外圈单点故障为基础，分析了滚珠在经过故障区域时的运动过程，以及滚珠进入故障激励阶跃信号与离开故障激励冲击信号之间的特征差异，并据此提出了一种适用于轴承外圈故障尺寸估计的理论公式。在同时考虑轴承-转轴故障的基

5、础上，建立了一种具有代表性的复合故障激励信号模型；分别针对定性和定量的故障诊断需求，进一步细化分析了所提信号模型中各分量的细节特征。面向定性诊断方法中复合故障激励信号的稀疏“冲击”表征问题，通过构造三种具备不同共振属性的冗余字典，并提出一种基于线性时不变滤波和比例增广拉格朗日方法的快速算法，实现对滚动轴承复合故障激励多共振分量和转轴故障激励转频谐波分量的有效分离，从而对轴承故障数量、严重程度以及转轴状态作出定性诊断。通过仿真数据验证了所提定性诊断方法的有效性，并利用相关系数定量分析了所提方法中主要参数对稀疏表征结果的影响规律，为

6、参数选取提供指导意见。面向定量诊断方法中复合故障激励信号的稀疏“阶跃-冲击”表征问题，提出基于线性时不变滤波和AR模型的信号预处理方法，有效解决了原始信号中转频谐波成分造成的阶跃“峰值模糊”以及信噪比低的问题。在此基础上，提出一种以ADOMP（Adapteddictionaryfreeorthogonalmatchingpursuit）为核心的“阶跃-冲击”信号稀疏表征和相互分离方法，结合所得原子时移因子对滚珠进入和离开故障时刻的进行定位，从而准确估计出复合故障的具体尺寸，实现对复合故障的定量诊断。通过实验研究以及对比分析，分别

7、证实了所提定性和定量故障诊断方法在评估滚动轴承-转轴复合故障状态方面的有效性以及优越性。同时进一步探究了-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文所提定量诊断方法在不同转速、复合故障尺寸组合下的适应性，从故障信号激励机理方面对出现的偏差现象给出了合理的解释，为尺寸估计公式的合理修正提供了理论依据。关键词：滚动轴承-转轴；复合故障；稀疏表征；定性诊断；定量诊断-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractExtensivelyusedinmodernrotatingmachineries,therollingbearingsha

8、veevolvedintoacrucialelementforpromisingsystem’ssafeandsteadyoperation,buttheonesthatbreakdownmosteasilyandcommonly,accountingforth