【毕业学位论文】(Word原稿)转子-滚动轴承耦合系统的滚动轴承故障分析与智能诊断-载运工具运用工程航空器运行监测与故障诊断

中图分类号 : 论文编号 1028707 11科分类号 : 082304 硕士学位论文 转子 滚动轴承故障 分析与 智能诊断 研究生姓名 乔保栋 学科、专业 载运工具运用工程 研究方向 航空器运行监测与故障诊断 指导教师 陈 果 教授 南京航空航天大学 研究生院 民航 学院 二 一 一 年 三 月 A of 2011 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅 ,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，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书 ) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 I 摘 要 滚动轴承是航空发动机 重要的支承 部件，它的运行状态是否正常直接影响到整台 发动机 的精度、可靠性及寿命等。因此 ， 深入研究滚动轴承故障机理和振动特性，准确诊断轴承故障 具有重要意义 。本文 以 真实 的转子 承 试验 台 为研究对象，建立了含轴承故障的转子 研究轴承故障机理，提取了轴承故障特征， 并 提出了一种滚动轴承故障诊断新方法。 具体研究内容如下： 第一、本文以真实试验 台 为原型，建立了转子 模型将转子考虑为两端无约束的等截面 自由欧拉梁模型，并对滚动轴承常见故障进行了详细建模，考虑了滚动轴承的非线性接触力，最后运用模态截断法，将系统偏微分方程转化为常微分方程组，并运用新型显式数值积分方法获取转子 时对真实试验台进行了模态实验分析 ， 相同参数条件下，实验模态与计算模态基本一致 ， 验证了模型的正确有效性 ；仿真分析了滚动轴承内、外圈和滚珠故障时振动信号， 分析结果与理论结果一致。 第二、 基于小波变换、包络解调及盲源分离技术，研究了基于独立分量分析的滚动轴承振动信号降噪方法，通过实测信号验证，表明了基于 高监测信号的信噪比 。 第三、提取滚动轴承振动信号中 4个无量纲的时域参数和频域中小波包络特征参数，运用 数据挖掘平台 助 对规则 加以解释 ， 最后 应用 该 知识规则 诊断 从 试验器 上 模拟的 大量轴承数据 ， 诊断 结果表明了该 知识规则 具有较高 的正确 性 和实用性 。 第四、建立基于 智能诊断 系统 ，利用数据挖掘平台 关键词： 滚动轴承；小波变换；盲源分析； 子 is in is a on of it is to on on is in be to a of is as in a of is on of In is in is s of of a on of by CA NR of a is 4.5 is to is in of of of of is of in of of 京航空航天大学硕士学位论文 录 摘 要 . I . 录 . 、表 清单 . V 注释表 . 一章 绪论 . 1 题研究的目的和意义 . 1 内外研究的概况及发展趋势 . 2 文的主要研究内容 . 4 第二章 转子 . 6 验台简介 . 6 号采集 . 6 动轴承故障设置 . 9 章小结 . 10 第三章 滚动轴承故障动力学分析 . 11 子 . 11 子动力学模型 . 11 动 轴承 模型 44. 14 47. 15 圈故障建模 . 15 圈故障建模 . 16 珠故障建模 . 17 子 验 验证 . 18 验 模态测试 . 19 算模态获取 . 19 算模态与 试验 模态对比 . 19 界转速验证 . 21 动轴承故障仿真 . 22 动轴承外圈故障仿真分析 . 22 动轴承内圈故障仿真分析 . 23 动轴承滚珠故障仿真分析 . 24 章小结 . 25 第四章 滚动轴承故障信号分析与特征提取 . 26 波分析 . 26 波变换原理 . 26 络分析 . 27 源分离 52 . 28 转子 动轴承 仿真 故障特征分析 . 31 动轴承外圈故障分析 . 31 动轴承内圈故障分析 . 35 动轴承 滚珠故障分析 . 36 动轴承 实验 故障特征分析 . 34 动轴承外圈故障分析 . 34 动轴承内圈故障分析 . 35 动轴承外圈和内圈耦合故障 分析 . 36 动轴承滚珠和内圈耦合故障 分析 . 37 动轴承滚珠和外圈 耦合故障 分析 . 39 章小结 . 40 第五章 滚动轴承故障知识规则提取与智能诊断 . 41 于 台的数据挖掘平台简介 . 41 策树知识规则提取基本理论 . 41 续属性的离散 . 41 策树算法 . 42 策树的剪枝 . 42 策树规则提取 . 43 动轴承故障诊断知识获取 . 43 动轴承知识获取时故障样本来源 . 43 动轴承故障特征参数选取 . 44 域参数提取 . 44 域参数 提 取 . 45 动轴承知识获取 . 46 动轴承故障知识规则 实验数据 验证 . 48 动轴承故障知识规则 仿真数据 验证 . 48 章小结 . 51 第六章 基于 滚动轴承数据采集与故障诊断系统开发 . 52 件简介 . 52 统开发 . 53 据采集模块 . 53 障诊断模块 . 54 章小结 . 56 第七章 总结与展望 . 57 结 . 57 望 . 57 参考文献 . 58 致 谢 . 63 在学 期间 的研究成果及 所发表的 学术 论文 . 64 南京航空航天大学硕士学位论文 V 图、表清单 图 子 实物图 6 图 7 图 涡流位移传感器 7 图 速度传感器及力锤 7 图 速度传感器安装示意图 8 图 击法测转子 8 图 一故障滚动轴承示意图 9 图 合故障滚动轴承示意图 9图 截面欧拉梁转子 11 图 于等截面欧拉梁转子模型的受力图 11 图 动轴承外圈损伤示意图 16 图 动轴承内圈损伤示意图 17 图 动轴承滚珠损伤示意图 18 图 子等分示意图 19 图 验和计算模态分析的原点加速度频响函数比较 20 图 验与计算模态振型比较 (第 1、 2、 3、 4 阶振型 ) 21 图 子水平方向响应转速 21 图 承外圈故障时轴承座处加速度信号波形图 22 图 承外圈故障时轴承座处加速度信号包络谱 22 图 承内圈故障时轴承座处加 速度信号波形图 23 图 承内圈故障时轴承座处加速度信号包络谱 23 图 承滚珠故障时轴承座处加速度信号波形图 24 图 承滚珠故障时轴承座处加速度信号包络谱 24 图 信号分离的一般模型 28 图 合分析方法示意图 31 图 承外圈故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 32 图 源分离后轴承外圈故障频谱 32 图 承内圈故障加 速度信号的前 3 层小包包络谱 33 图 源分离后轴承内圈故障频谱 33 转子 承滚珠故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 34 图 源分离后轴承滚珠故障频谱 34 图 承外圈故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 35 图 源分离后轴承外圈故障频谱 35 图 承内圈故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 36 图 源分离后轴承内圈故障频谱 36 图 承外圈和内圈耦合故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 37 图 源分离后轴承外圈和内圈耦合故障频谱 37 图 承滚珠和内圈耦合故障加速度信号的前 3 层小包包络谱 38 图 源分离后轴承内圈和滚珠耦合故障频谱 38 图 承外圈和滚珠耦合故障加速度信号的前 3 层 小包包络谱 39 图 源分离后轴承外圈和滚珠耦合故障频谱 39 图 策树到规则转化 43 图 动轴承故障模拟实验台 44 图 台的 策树算法生成的决策树及其可视化形式 47 图 常轴承测试结果 48 图 圈故障轴承测试结果 48 图 圈故障轴承测试结果 49 图 常轴承测试结果 49 图 圈故障轴承测试结果 50 图 圈故障轴承测试结果 50 图 珠 故障轴承测试结果 50 图 动轴承测试系统硬件组成 52 图 动轴承数据采集与智能诊断软件系统结构 53 图 动轴承数据采集界面图 54 图 动轴承诊断系统界面图 55 图 于知识规则的滚动轴承故障诊断流程图 56 表 动轴承主要计算参数 6 表 动轴承故障特征频率 6 表 速度传感器性能参数 7 表 锤性能参数 8 表 由梁函数系数 12 南京航空航天大学硕士学位论文 子 20 表 承几何尺寸（单位 20 表 子圆盘与法兰盘计算参数 20 表 算频率和实验频率 21 表 承几何尺寸（单位 44 表 承各部件故障频率倍数 44 表 动轴承部分样本 47 表 则验证的结果 48 转子 释表 左端轴承座之间的横向和垂 向支承阻尼 右端轴承座之间的横向和垂向支承阻尼 pp,道转动惯量 外圈与左端轴承座之间的横向和垂向弹性支承刚度 左端轴承座之间的横向和垂向支承刚度 右端轴承座之间的横向和垂向支承刚度 转子圆盘质量 ，法兰盘质量 滚动轴承外圈质量 质量 左端轴承的支承反力 右端轴承的支承反力 盘对转轴的 x 和 y 向作用力 M 11 , 圆盘对转轴的 x 和 y 向作用力 矩 E, I, L, , A 转轴 弹性模量、截面惯性矩、转轴长度、转轴密度、转轴截面积 盘对转轴的 x 和 y