基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断

为了能够更加充分地表征振动信号在时域、频域、时频域等多特征参数与滚珠丝杠副润滑失效状态的线性关系,提高滚珠丝杠副润滑失效故障诊断的准确率,提出了基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型。提取了滚珠丝杠副在3种润滑状态和5种转速下的振动信号特征,构建了润滑特征混合域特征集,并按照累计贡献率大于90%的标准对特征集进行核主元分析,将筛选出的能够反映滚珠丝杠副润滑失效故障特性的主元作为主要特征量,最后将筛选出的主要特征量输入支持向量机(SVM)内进行训练测试,并在同一转速的条件下作对比试验。结果显示:利用核主元分析法进行主元提取能够有效降低原始数据的维度,并提高模型诊断的准确率;当电机转速为100 rpm时,所建立的基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型的诊断准确率高于其他转速下的诊断准确率,准确率为93.33%;这说明该方法在对滚珠丝杠副润滑状态进行诊断时,通过控制电机转速可有效提高诊断的准确率。     

螺母预紧力对滚珠丝杠副振动特性的影响

基于滚珠丝杠副可靠性试验台研究了滚珠丝杠副预紧力的变化与测得的振动信号的关系。首先,介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的预紧力加载装置;接着,对预紧力加载装置进行动力学建模,搭建振动信号测试平台,采集不同预紧力水平下的振动信号;最后,通过振动信号的频域分析和预紧力加载装置的动力学分析,发现预紧力的变化可以通过两个参数进行监测:振动信号峰值频率的偏移和峰值频率振动幅值的变化。实验结果和动力学分析的结论十分吻合:随着滚珠丝杠副预紧力的增大,峰值频率不断增大,峰值频率的振动幅值也不断增大。研究结论发现,可以通过监测振动信号峰值频率的偏移和峰值频率的振动幅值来监测预紧力的变化,这为检测滚珠丝杠副的健康水平提供了一种新的研究方法,这对于促进滚珠丝杠副进给驱动系统的发展具有重大意义。     

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明：随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。     

KPCA和遗传BP神经网络在滚珠丝杠故障诊断中的应用研究

提出了一种基于核主元分析(KPCA)和遗传BP神经网络的滚珠丝杠故障诊断方法。首先用2个测点的6个传感器同步采集滚珠丝杠的振动信号,并进行特征提取,得到原始样本空间,然后利用核主元分析对原始样本空间进行降维处理,以消除样本间的冗余信息。引入遗传算法,解决了传统BP神经网络初始权值和阈值选择的随机性,并建立3种不同的滚珠丝杠故障诊断网络对滚珠丝杠的正常状态、丝杠弯曲、滚珠破损和滚道磨损4种状态进行诊断实验。结果表明:基于核主元分析和遗传BP神经网络的滚珠丝杠故障诊断方法明显地缩短了网络的训练时间,有效地提高了故障状态的识别率。     

基于KPCA LVQ和内置传感器信息采集的滚珠丝杠故障诊断研究

研究了全闭环数控机床伺服进给系统的编码器、光栅尺等内置传感器信息采集并从中获取滚珠丝杠故障状态信息的方法;在分析了滚珠丝杠信号的非线性、非平稳性特征的基础上,提出了基于小波包分解提取滚珠丝杠故障状态信号能量特征值的方法,并用该能量特征值与峰度、频率、方差等时-频特征量组成滚珠丝杠故障诊断的原始特征集,采用KPCA法剔除了对故障诊断贡献率不明显的冗余特征;建立了基于KPCA-LVQ神经网络的滚珠丝杠故障模型;并通过试验,对KPCA-LVQ与KPCA-BP两种神经网络的诊断结果进行了对比分析。证明了文中所研究方法对滚珠丝杠故障诊断的可行性和有效性。     

滚珠丝杠副热变形模型理论分析及其对定位精度影响的试验研究

在高速运行条件下,滚珠丝杠的温度迅速上升产生热变形从而影响了滚珠丝杠的定位精度,为了探究滚珠丝杠的热变形和滚珠丝杠副定位精度之间的关系,通过能量守恒定律和热对流原理建立了滚珠丝杠副温升模型以及热变形模型,并且通过高速滚珠丝杠副综合性能试验台与激光干涉仪测试出国内某厂家P3级精度的滚珠丝杠副稳定温升以及不同运转时间后的定位精度,与理论模型进行比较,验证了此模型的准确性,为丝杠的热变形误差补偿提供了依据。     

基于Hilbert-Huang变换的滚珠丝杠副振动信号分析

为了验证HHT对处理滚珠丝杠副振动信号的有效性,通过对构造的调频、调幅混合信号进行HHT分析,并通过相关系数、均方误差、能量分布等指标分析各分量与构造信号的关联性,发现HHT对处理非平稳、非线性信号的有效性。进而引入实验数据,以同样的思路对振动信号进行分析,并计算各IMF分量对应的3个指标值,以图像的形式反映出各分量与原始振动信号的关联性,发现各IMF分量所携带能量都较小,说明滚珠丝杠副运行平稳、正常。通过FFT变换求出并绘制的首个IMF分量频谱图,更清楚地反映了实验台的固有频率所对应的幅值。整个分析过程表明,用HHT方法处理滚珠丝杠副振动信号是有效的。     

基于SSA-VMD和SVM的滚珠丝杠副故障诊断

针对滚珠丝杠副故障特征提取困难的问题,提出一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解算法（SSA-VMD）结合支持向量机（SVM）的滚珠丝杠副故障诊断方法。以最小包络熵作为SSA的适应度函数,对VMD参数进行自主寻优;运用IMF能量值对分解信号进行筛选重构,去除噪声和无关成分的干扰;最后提取重构信号的8类时域特征参数和5类频域特征参数作为特征向量集,导入SVM进行故障识别模型的训练。通过搭建滚珠丝杠副故障诊断实验平台采集振动信号,分别采用SSA-VMD、VMD、EMD方法进行信号分解提取故障特征。实验结果表明:与VMD和EMD相比,SSA-VMD能针对不同的信号自主选择最优的VMD参数进行信号分解,能准确识别滚珠丝杠副故障类型,证明了基于SSA-VMD的滚珠丝杠副故障诊断的可行性和准确性。     

基于小波包变换研究润滑对导轨副振动的影响

为了研究润滑条件对滚动直线导轨副振动特性的影响,文章进行了相关的试验研究。首先,搭建了振动信号采集系统;然后,对三种不同润滑条件下的滚动直线导轨副进行振动信号采集;最后,采用基于小波包信号能量提取算法对采集到的振动信号进行分析处理。从得到的结果中可以看出,滚动直线导轨副在前8个频率带上,振动信号能量随着润滑条件的提高而增大,而在后8个频率带上,振动信号能量随着润滑条件的提高而减小。研究结论发现,可以通过振动信号能量来表征润滑条件,进而通过监测振动信号能量来检测导轨副的润滑状况,这为检测导轨副的健康状况提供了一种新的研究方法。     

数控机床滚珠丝杠副织构化减摩设计及仿真

针对数控机床进给系统滚珠丝杠副高速运行时润滑不良、磨损较大的情况,基于Hertz接触理论对滚珠丝杠副的接触应力进行计算并确定了织构的加工位置,建立了有、无织构的滚珠丝杠副分析模型,对滚珠丝杠副的接触应力和润滑特性进行有限元分析,并对比分析了有、无织构时滚珠丝杠副的接触与润滑性能。结果表明,有织构时虽会增大滚珠丝杠副的接触应力,但在织构两侧产生的流体动压可使滚珠丝杠副形成流体摩擦,极大改善其润滑性能,从而起到很好的减摩效果。     

基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠试验台设计

针对航天伺服机构用精密滚珠丝杠传动在高速、高承载条件下良好的动态特性的要求,展开对精密滚珠丝杠在高速运动和加载条件下的动力学和热力学等特性的研究,设计出了一种基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠副试验台,试验台主要包括:机械结构部分、控制系统、加载系统及数据采集系统。经调试运行,结果表明利用该试验台可以对滚珠丝杠副的传动效率、振动、模态、温升等性能进行测试,为滚珠丝杠副试验台的后续研发设计及滚珠丝杠副综合性能的优化提供了宝贵经验。     

基于ABAQUS的滚珠丝杠副综合测试平台模态特性分析

目前国内滚珠丝杠副测试平台相对落后的一个重要原因就是对滚珠丝杠副测试平台缺乏理论研究,特别是对其动态特性的研究存在着严重不足。针对测试平台目前存在的问题,提出了一种利用ABAQUS软件对滚珠丝杠副综合测试平台进行模态分析的方法,计算了不同振型和不同配重下对测试平台的影响,将计算结果与试验测试数据进行对比,验证了有限元模态分析方法的正确性。为滚珠丝杠副测试平台提供了一种新的模态分析模型,具有较好的应用价值。     

双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩损失模型及试验研究

在不同的运行条件下,滚珠丝杠副的摩擦磨损会引起摩擦力矩损失从而引起精度变化。为了探究滚珠丝杠副的摩擦力矩损失情况,通过赫兹弹性理论,推导出丝杠滚道磨损、螺母滚道磨损与丝杠转速、轴向载荷的关系,建立了双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩损失模型,并且通过滚珠丝杠副精度保持性试验台和摩擦力矩试验台测试出国内某厂家双螺母预紧丝杠在一定试验条件下的摩擦力矩变化情况,与理论模型相比较,从而验证了此模型的准确性。     

CD4010高速滚珠丝杠副的失效分析

在BTJS-01型高速滚珠丝杠副综合测量仪上进行了CD4010高速滚珠丝杠副的疲劳试验,但运行仅14.2 h GCr15滚珠丝杠副即失效.通过对产品进行成分检测、金相观察、淬硬层硬度梯度分布测量和扫描电镜形貌分析等综合分析,结果表明:滚珠丝杠副早期失效的主要原因是螺母中回珠管的管舌断裂,而丝杠原材料的铬含量偏低、丝杠工作面的硬度偏低和淬硬层较浅也是造成早期失效的重要原因.     

滚珠丝杠副轴向静刚度试验系统开发

设计开发了滚珠丝杠副轴向静刚度测试系统,包括液压加载控制系统、螺母副微位移测试系统。设计了以测力传感器输出信号为基准的刚度检测方案。按照标准测试试验流程,通过RS-232通信接口实现了对滚珠丝杠副轴向静刚度的测试和曲线的实时显示。为滚珠丝杠副轴向静刚度的深入研究,进一步提高滚珠丝杠副的定位精度提供了技术方法及试验平台。     

基于EMD的滚珠丝杠振动信号滤波技术研究

针对磨削加工中滚珠丝杠振动信号低信噪比、非平稳特性,提出基于经验模式分解(EMD)的振动信号滤波方法。通过EMD将滚珠丝杠振动信号分解为多个平稳的固有模态函数(IMF),并选择包含振动信号特征的若干IMF分量重构,提高了振动信号的信噪比,实现了对振动信号的平稳性分析,得到了振动信号的本质特征,为磨削滚珠丝杠实时监测和故障诊断提供了有效的理论基础。并通过仿真及实验数据分析,验证了EMD滤波技术是表征振动信号的非平稳特征及提高信号信噪比的有效工具。     

CrMo钢滚珠丝杠副的疲劳试验与失效分析

对自主研制的Φ80 mm规格中国大陆造CrMo钢滚珠丝杠副进行了疲劳试验与失效分析。为综合评价其质量,选择了中国大陆GD8020×1100型、日本NSK8020×1100型、中国台湾FDI8020×1100型3种同规格滚珠丝杠副进行了疲劳试验对比,并通过成分检测、形貌观察、组织分析和表面感应加热淬硬层的硬度曲线测量等对疲劳试验的失效样品进行了分析。结果表明,中国大陆CrMo钢滚珠丝杠副在同等疲劳试验条件下的运行时间最长,其失效是因GCr15钢球破损所致。日本、中国台湾滚珠丝杠副的运行时间依次降低,其失效的主要原因分别是因螺母滚道出现明显压痕和螺母滚道发生严重剥落所致。因此,中国大陆产Φ80 mm规格CrMo钢滚珠丝杠副的综合质量达到或超过了日本和中国台湾的同类产品技术水平。     

基于ADAMS滚珠丝杠副动力学的分析与研究

利用ADAMS建立滚珠丝杠副的接触碰撞模型,以期达到对滚珠丝杠副的动力学进行分析和研究。首先利用Solidworks建立滚珠丝杠副的三维模型,将三维模型导入ADAMS环境下定义为接触碰撞模型,然后对模型进行仿真计算,在完成滚珠运动轨迹仿真的基础上,讨论了转速和轴向载荷对滚珠撞击返向器的影响。将讨论分析的结论与实验测量结果进行对比,验证了此仿真分析的准确性。为今后对滚珠丝杠副动力学分析及振动与噪声的研究提供了新的有效方法,具有较好的应用价值。     

中空滚珠丝杠副热平衡分析及对比试验研究

为了提高中空滚珠丝杠副的冷却性能,基于传热学理论,对滚珠丝杠副进给系统的主要热源分布及热传导进行分析,建立了中空滚珠丝杠副的温度场和热平衡分析的数学模型,并从中空滚珠丝杠副结构参数和使用参数方面分析影响丝杠温升的因素和热平衡的影响因素,最后设计了滚珠丝杠副冷却润滑性能检测试验台,对试验进行验证并分析。由试验结果可知,随着丝杠运行时间的增加,其温升先急剧升高,然后处于相对稳定状态。通过对比试验表明,中空丝杠可使热平衡时间至少缩短50%,并降低热平衡温度。     

基于SLLE算法和流形聚类分析的滚珠丝杠故障诊断

针对滚珠丝杠故障信号非线性的特点及故障特征集中冗余信息的干扰,提出了将SLLE降维方法与流行聚类分析相结合的故障诊断方法。采集滚珠丝杠不同故障状态的振动信号和噪声信号,构造原始信号特征向量;利用SLLE算法对特征向量进行降维处理,得到筛选后的特征向量,绘制出其三维分布图;计算每种故障的聚类中心和流形距离,根据"最短距离"原则进行故障识别诊断。并通过试验及与KPCA、LLE两种诊断方法的比较,验证了SLLE降维方法与流行聚类分析相结合的故障诊断方法的有效性和识别结果的准确性。