基于显式动力学及细化谱的滚动轴承故障诊断方法

为了探究滚动轴承早期故障动态演化规律,建立了滚动轴承典型故障三维有限元动力学模型.该模型以显式算法为基础,采用单点积分方式,在充分考虑轴承转速、负载、接触及摩擦的条件下,对滚动轴承内、外圈等典型故障进行了动力学分析.提取基于有限元动力学仿真的故障轴承加速度信号,采用希尔伯特包络解调并结合细化谱分析方法,提取故障轴承信号特征.分析结果表明:故障轴承条件下,轴承不同位置节点的振动响应均能体现故障特征;加速度响应信号在经过细化谱分析后能找到相应故障的特征频率,实现轴承典型故障的有效识别,为进一步探究轴承故障传递路径特性提供了可行的方法.     

考虑冲击力的球轴承复合缺陷动力学建模

滚动轴承在旋转机械中应用十分广泛,其运行状态直接影响设备的工作性能,有必要对轴承故障机理进行深入研究.基于Hertz接触理论,建立了四自由度的内外圈复合缺陷球轴承模型,该模型考虑了缺陷引起的时变位移激励和冲击力激励,并分析计算了冲击力的大小及作用角度.分别对内圈、外圈单一缺陷及内外圈复合缺陷情况下球轴承的振动响应进行了数值仿真,仿真结果与实验数据吻合较好,内圈故障特征频率(BPFI)和外圈故障特征频率(BPFO)及其倍频在频谱图中清晰可辨,分析了负载大小和缺陷宽度对轴承振动特性的影响.研究结果可为滚动轴承的故障诊断提供理论参考.     

基于改进小波变换和包络分析的滚动轴承故障诊断

采用改进的小波分解和重构算法与包络分析相结合的方法,提取滚动轴承振动信号的故障特征频率。改进的小波分解和重构方法避免了Mallat算法频率混淆的缺陷,通过对重构信号特定频带进行包络分析,更加准确地提取了滚动轴承的故障特征频率。通过对无故障滚动轴承和内圈、外圈有故障的滚动轴承振动信号的分析,说明这种方法能够有效诊断滚动轴承的故障,并将该方法成功应用于某型航空发动机主轴承故障诊断。     

基于阶次倒双谱分析的滚动轴承故障诊断方法

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将常规的阶次分析与倒双谱技术相结合,提出了基于阶次倒双谱的轴承故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域采样,再对时域非平稳信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,最后对角域重采样信号进行倒双谱分析,就可提取滚动轴承振动信号的故障特征.通过对滚动轴承内圈、外圈故障实验信号的分析.表明阶次倒双谱分析能有效地诊断滚动轴承故障.     

局部缺陷深沟球轴承动力学建模以及振动分析

滚动轴承是旋转机械中至关重要的零部件,它的失效会带来机械运行故障.为了更加准确地揭示表面缺陷轴承振动响应的机理,考虑了滚动轴承受到不平衡力以及运行产生的扰动力的影响,基于Hertzian接触理论,结合弹性力学、轴承运动学以及几何学,建立了4自由度外圈缺陷深沟球轴承动力学模型.为了能够更好地描述轴承缺陷的位置,对缺陷部分进行了数学化处理,该模型将缺陷部分看作一个矩形,从轴承实际运动的角度刻画轴系-内圈-外圈-轴承座传递过程.以深沟球SKF6205-RS轴承为建模对象,利用四阶变步长的Runge-Kutta法对动力学的拉格朗日方程进行求解,得到外圈缺陷的振动响应时域信号以及频域信号,与凯斯西储大学轴承实验结果进行了比较,验证了模型的可行性以及准确性.     

低速滚动轴承故障信号捕捉与分离研究

根据低速滚动轴承故障诊断难度较大的特点，提出了利用应力波与小波分析进行低速滚动轴承故障诊断的方法.以低速运转Cooper轴承系列01B65 EX滚子轴承为例，建立了故障轴承的三维整体接触计算模型，运用有限元软件对其进行了分析，计算出外圈故障的最大应力应变及各元件之间的接触应力，将发生故障前后的外圈外表面应力应变和接触应力分布规律进行比较.在应力波实验分析的基础上，选择db6母小波、尺度j=4对实验所采集的故障信号进行小波分解，提取了故障的应力波信号特征频率，对低速滚动轴承故障进行了正确诊断.结果表明，应力波和小波分析是低速机械故障诊断的有效方法.     

深沟球轴承复合故障动力学特征

为提高状态监测水平,诊断和识别轴承的早期故障,降低因轴承故障导致的损失, 针对径向载荷作用下复合故障激励的滚动轴承振动机理的复杂性问题,基于Hertz接触理论,考虑复合故障、轴和轴承座与轴承之间的耦合激励、时变位移激励和滚动体滑动等因素,提出了4自由度复合故障深沟球轴承动力学模型. 模型描述了滚动体在滚道表面上的接触和运动,探究了轴承表面复合故障激励机理,分析了3种工况条件下滚动轴承复合故障对系统动力学振动响应的影响,为轴承状态监测和诊断提供了理论依据. 实验和模拟研究结果表明,复合故障的振动响应是由内、外圈单故障的振动响应耦合作用的结果,在频谱图中可以明显地分辨出内、外圈故障特征频率及倍频成分,与单故障相比较,其对应的幅值增大. 缺陷尺寸增大、转速增高和载荷增强均会使复合故障轴承的振动幅值增大,影响其运行状态,进而加速轴承的失效,降低轴承的使用寿命.     

基于局域波及相关性分析的滚动轴承故障诊断

振动信号是轴承工作信息的载体,为了对齿轮减速器内轴承的运行状态进行故障监测和诊断,对振动加速度信号进行了局域波分解,提取了近似熵及相关性参数,利用近似熵及局域波分解所得到的趋势项快速区分正常与故障状态,根据相关性参数的变化特点寻求滚动轴承的故障信号主导模态分量,准确提取故障部位的特征频率.将该方法应用于齿轮减速器JZQ250的故障诊断中,经过对大量实测数据的处理和分析,能够准确诊断出减速器的正常运行状态、内圈故障、外圈故障和保持架故障的运行状态,具有一定的工程实用价值.     

基于小波包分析的数控机床主轴滚动轴承故障诊断

滚动轴承损伤类故障的分析诊断基础是提取故障信息。利用小波包分析对机床主轴滚动轴承振动信号进行分解,求出各频段的能量,提取了轴承故障的特征频率并对故障进行定位,表明了小波包分析方法在滚动轴承故障诊断的有效性和优良性。     

EEMD-PE与M-RVM相结合的轴承故障诊断方法

滚动轴承振动信号中包含了大量轴承运行状态信息,但是由于振动信号具有非线性和非平稳性的特点,难以充分提取振动信号中的故障特征,导致现有基于模式识别的轴承故障诊断方法的故障识别准确率较低.为了提高滚动轴承故障识别的准确率,提出了一种基于集合经验模态分解-排列熵(EEMD-PE)特征提取与多分类相关向量机(M-RVM)相结合的轴承故障诊断方法.首先,该方法利用EEMD对非线性和非平稳信号的自适应分解能力,将轴承故障信号分解为一组包含故障特征的本征模态函数(IMFs).然后,利用排列熵提取由EEMD分解得到的IMFs中的故障特征,并组成特征向量.最后,采用EEMD-PE对不同故障状态下的训练样本集进行特征提取,组成特征向量集对M-RVM分类器进行建模,以概率输出的形式实现对滚动轴承的故障诊断.实验结果表明:EEMD-PE特征提取方法能够对滚动轴承振动信号的故障特征进行有效提取,M-RVM能够对故障滚动轴承振动信号包含的故障特征进行识别.与现有轴承故障诊断方法相比较,所提出的方法能够提高故障识别准确率,达到99.58%.     

具有局部故障滚动轴承的振动分析(Ⅰ)外圈具有单一局部故障

在基于弹性力学的正常滚动轴承二自由度动力学模型的基础上,考虑外圈局部点蚀缺陷宽度以及深度对接触变形的影响,引入滚动体通过缺陷时接触变形量的变化,建立了外圈产生单一局部故障的滚动轴承的动力学模型.通过仿真,证实了当外圈产生单一局部缺陷时,滚动轴承振动信号的低频成分为滚动体通过外圈的频率及其倍频这一在滚动轴承故障诊断中常用的结论,并合理解释了倍频产生的原因;最后通过实验进一步证实了所建立模型和仿真结果的有效性.     

基于表面特征的滚动轴承振动模型研究

针对轴承制造过程中形成的粗糙度、波纹度、圆度等影响轴承振动的主要因素,利用Lagrange动力学方程建立了具有表面特征的滚动轴承系统的振动模型.该模型可用于分析轴承各部件的表面特征对轴承振动的影响,同时也可用于分析轴承各部件表面存在加工缺陷时系统的振动特性.以轴承内外圈和滚动体表面的波纹度为例,从理论上推导了波纹度阶数与系统振动频率的关系,仿真结果验证了该模型的正确性,所得的结论对轴承振动理论研究和指导低噪声轴承生产有重要意义.     

基于乏信息的滚动轴承振动与噪声的模糊预报

根据非统计原理,提出了一种新的预报技术——模糊预报技术,以解决样本少且概率分布未知条件下滚动轴承的动态性能预报问题。从小样本数据序列入手,基于乏信息隶属函数,建立轴承振动与噪声的经验概率密度函数与预报函数,并将小样本数据序列分成尺度信息与随机信息两个子序列,挖掘更多的滚动轴承动态系统的信息,然后用模糊区间数运算法则进行综合,得到滚动轴承振动与噪声的预报区间。试验研究表明,所提出的模糊预报方法可以有效地预报滚动轴承振动与噪声的波动区间,置信度与可靠度可以达到95%~100%。     

基于正反问题的滚动轴承损伤程度评估

为了量化辨识深沟球轴承局部缺陷,提出正反问题相结合的评估方法.正问题建模时采用“先独立,后集成”的策略,结合有限元法与多自由度振动理论,考虑外圈结构弹性变形、滚动体-内圈动态接触关系,建立深沟球轴承柔性多体接触动力学分析模型.应用非线性Hertz理论描述接触力,通过轮廓变化对表面损伤进行有效模拟.为了表征轴承-轴承座传递路径的作用,将轴承座同时计入有限元模型,并对相关参数进行修正使得该模型具有精确的损伤预测能力.将反问题计算转化为空间距离的比较,以实测信号特征量作为输入,进而测出损伤位置和尺寸.为了减小相对误差,提出损伤区间的概念,用区间代码表征损伤程度.实验数据验证表明,该方法能够高效量化轴承损伤,具有良好的预测精度.     

轴承剩余寿命模型的建立与寿命预算

滚动轴承在旋转机械中具有重要作用。针对设备的4种失效形式,实时地对设备进行监测。通过采集振动信号并对振动信号进行分析、处理,从而找到与轴承破坏形式相关的敏感参数和信号分析方法。针对振动参数的变化趋势结合振动参数变化量的大小判断轴承的运行状态。在振动参数的拟合曲线的基础上建立轴承剩余寿命预算模型。     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.     

直驱气浮平台工作模态的分析方法及实验验证

直驱气浮平台是集气浮支承、伺服驱动及机械结构为一体的精密运动系统,它具有较复杂的振动性能,一般通过模态分析得到机械结构的振动性能,但在工程应用中,我们更需要获得驱动作用下平台工作时的振动性能。为简单、快捷、准确地分析平台工作状态的振动性能,本文提出一种机电耦合的振动分析方法,即将驱动系统的伺服特性和气浮支承的气膜特性均等效成弹簧阻尼单元,建立机电耦合仿真模型,基于该模型分析得到平台工作状态下的振动模态。为验证该方法,采用LMS模态测试仪对平台进行模态测试,试验结果同仿真结果较一致,基于此方法分析计算得到的振动模态最大偏差为8.16%;模态实验表明所提出的机电耦合模态分析方法可以准确地分析平台工作状态的振动特性。     

滚动轴承振动特性的时间序列分析

滚动轴承零件各接触表面的波纹度是引起轴承振动的主要原因。本文分析了轴承滚动表面波纹度对轴承的激振特性,提出了一种直接由振动信号来分析滚动表面加工质量的检测方法。该方法利用时间序列分析技术,对滚动轴承振动信号进行建模和谱分析,找出引起轴承振动的表面因素。试验结果表明,本文提出的方法能正确地分析出表面波纹度的激振特性以及引起轴承振动的主要波纹度谐波分量。