滚动轴承故障特征的特性分析

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1、硕士学位论文滚动轴承故障特征的特性分析CHARACTERISTICANALYSISOFFAULTFEATURESOFROLLINGBEARINGS董志强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP206学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开硕士学位论文滚动轴承故障特征的特性分析硕士研究生：董志强导师：徐敏强教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP206U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDeg

2、reeinEngineeringCHARACTERISTICANALYSISOFFAULTFEATURESOFROLLINGBEARINGSCandidate：DongZhiqiangSupervisor：Prof.XuMinqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：AerospaceengineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofOralExamination：June25,2018University：HarbinIns

3、tituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要滚动轴承因其运行精度高，价格低廉等众多优点而被广泛应用于大型机械，尤其是旋转机械中。滚动轴承的运行状态关乎整个机械系统运行的安全与可靠。因此对滚动轴承的故障诊断以及状态监测的研究十分必要。目前，众多学者提出了多种特征提取方法，然而并不是所有的特征都是有效的，或者是对于故障模式识别有效的特征并不适用于故障的状态评估。选择特征的有效性直接关乎故障识别以及状态评估的准确性。本文以滚动轴承为研究对象，应用现代信号处理技术，对滚动轴承的振动信号进行特征提取，并对故障特征在故障识别以及状态评

4、估中的有效性给出评价指标，本文研究内容如下：（1）针对滚动轴承振动信号的特点，利用目前已经广泛应用于滚动轴承故障诊断领域的特征提取方法，从时域、频域、时频域以及熵特征等多特征域对振动信号进行特征提取。相较于传统的从单一域来进行滚动轴承故障诊断，从多个域提取故障特征，能够充分利用特征之间的差异性和互补性，更加精准且全面的反映出轴承的故障信息。（2）对故障识别特征的特性进行分析。采用距离评估算法评价特征对故障模式的敏感性。基于CWRU实验数据对提取的候选特征进行敏感性分析，选择出对于故障较为敏感的特征，如频域统计特征平均频率、重心频率以及多尺度样本熵等

5、，并对敏感特征进行分析。（3）针对目前提取到的故障特征中，较困难地通过单一特征进行精准的故障模式识别，本文提出一种基于欧式距离的最大类间分离（MCS）的方法，对故障特征向量进行选择。该方法能够有效的选取在特征空间中具有良好类内聚集度和类间分离度的特征向量，达到较好的识别精度。针对不同工况下所选择的特征向量不同，通过统计分析选取一种特征既能够有效识别故障，对于不同工况又具有良好泛化性的特征。通过MFPT实验数据验证了MCS方法的有效性以及所选择特征的泛化性。（4）对状态评估特征进行特性分析。提出从区分性和趋势性两个方面对故障特征进行有效性的评价。以C

6、WRU内圈故障数据为例，对故障特征在不同工况下对故障程度的趋势性以及区分性进行评价分析，评价结果表明，有效值与标准差，平均频率与频域特征f，以及小波包节点能量百分比对故障程度具有良13好的区分性与趋势性。考虑到实际工程中，轴承故障程度变化过程更为复杂，采用IMS全寿命轴承数据，以外圈故障的全寿命数据为例，对全寿命周期中特征的区分性和趋势性进行评价，对特征的变化趋势进行分析，验证了评价指标的有效性。I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文关键词：滚动轴承；故障诊断；特征提取；特征选择；故障识别；状态评估。II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractRo

7、llingbearingsarewidelyusedinlarge-scalemachines,especiallyrotarymachines,duetotheirhighrunningaccuracy,lowprice,etc.Therunningstateoftherollingbearingisrelatedtothesafetyandreliabilityoftheentiremechanicalsystem.Therefore,itisnecessarytostudythefaultdiagnosisandconditionmonito

8、ringofrollingbearings.Atpresent,manyscholarshaveproposedavari