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《重庆大学》 2012年
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振动谱表征空间滚动轴承寿命状态方法研究

陈仁祥  
【摘要】:空间滚动轴承是空间运动机构的关键零部件,卫星、航天飞机、宇宙飞船等空间飞行器的机械部件能否正常运转、实现预定功能和达到预期寿命,在很大程度上取决于飞行器内各机械部件中滚动轴承的性能、寿命和可靠性。在空间服役的滚动轴承要承受低温、交变温度、高能粒子辐照、原子氧侵蚀、微尘冲刷等极端环境的综合作用,其失效行为和机理与地面常规环境有很大差异。因此,为了满足空间飞行器高可靠、长寿命的发展需求,亟需在模拟空间环境下开展滚动轴承寿命评估和预测等方面的研究,而研究基础在于寿命状态的描述和识别,即寿命状态的表征。目前,摩擦力矩、温度等参数等不能有效反映空间滚动轴承寿命状态的变化,一个新的思路是以包含运行状态信息丰富的振动信号为切入点研究空间滚动轴承轴承寿命状态的表征方法。当空间滚动轴承的寿命状态发生变化时,轴承振动信号时域中的幅值和概率分布将会发生变化,频域中的频率成分、不同频率成分的能量,以及频谱的主能量谱峰位置也将发生改变。本文以空间滚动轴承为研究对象,开展其寿命状态的振动谱表征方法研究。主要研究内容如下: ①针对空间滚动轴承寿命状态的表征问题,提出了时频域特征参数构建空间滚动轴承寿命状态特征向量的方法。空间滚动轴承处于不同的磨损程度即处于不同寿命状态时,其振动情况发生变化,直接表现为振动信号特征的改变。通过振动信号时域波形和频谱特征来反映空间滚动轴承振动信号的时域和频域信息,从而指示不同寿命状态之间的差异性。为了便于对寿命状态的自动识别并全面准确的反映空间滚动轴承的寿命状态,综合利用时域和频域特征参数,选择了16个时域特征参数和14个频域特征参数构造出高维混合域特征向量即空间滚动轴承寿命状态特征向量作为轴承寿命状态的振动谱特征。同时,分析了转速和载荷对空间滚动轴承寿命和振动的影响,提出了空间滚动轴承全寿命试验方法与策略; ②针对空间滚动轴承振动信号降噪和背景噪声滤除问题,提出了基于集合经验模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)的降噪和干扰滤除方法。在模拟真空环境下测试得到的滚动轴承振动信号往往受到测试系统噪声和模拟真空环境设备运行而带入的背景噪声的干扰,为了提高信噪比,准确提取空间轴承寿命状态特征向量,需要将上述两类噪声进行降噪和滤除。对于空间滚动轴承振动信号的降噪,应用EEMD能有效抑制模式混叠的特性,根据白噪声经EEMD分解后其固有模式分量(Intrinsic Mode Functions,IMF)的特性设计了一种自动选取IMF分量重构信号的算法,实现了信号自适应降噪。对于背景噪声的滤除,根据EEMD的滤波特性,通过计算含背景噪声的轴承振动信号的IMF分量和单独测试得到的背景噪声的IMF分量之间的相关系数对IMF分量进行筛选并重构信号,从而将由于模拟真空环境而带入的背景噪声进行了有效滤除。同时,针对EEMD的两个重要参数,即加入白噪声的幅值系数k和总体平均次数M的选取问题,根据不同幅值系数的白噪声对信号极值点分布均匀性影响规律,提出了EEMD自适应参数优化方法,保证了分解精度和计算效率; ③针对空间滚动轴承寿命状态识别问题,提出了基于流形学习的空间滚动轴承寿命状态识别方法。轴承振动信号往往呈现出特征信息耦合、时变性强的特点,由其时频域特征参数构成的高维寿命状态特征向量内部的必然存在信息冗余和相互耦合,不利于进行分类识别。为此,利用流形学习方法对寿命状态特征向量进行约简,提取出原始观测空间的真实流形结构,最终得到维数低、敏感性高和分类错误率小的主要特征向量。然后,将经过约简后的训练样本和测试样本的低维寿命状态特征向量输入最近邻分类器(K-Nearest Neighbors Classifier,KNNC),最近邻分类器根据训练样本的邻域信息和类标签信息对测试样本进行分类决策,实现寿命状态的识别。 ④根据空间滚动轴承振动特点及寿命试验要求,搭建了测试系统硬件平台,开发了集信号自动采集、处理和寿命状态识别等功能为一体的空间滚动轴承寿命状态识别系统。系统不仅可对大量数据文件进行批量管理、分析,还应用数据库技术实现寿命样本库的建立、添加和删除等管理,保证了寿命样本的完整性和安全性。系统主要包括:振动信号采集模块,振动信号基本分析模块(包括波形分析、概率分析、相关分析和自谱分析等)、振动谱瀑布图分析模块、HHT分析模块和寿命状态识别模块。最后,通过对空间滚动轴承寿命状态识别应用实例检验了该系统的可行性和有效性。 文章最后对本文的工作进行了总结,并展望了下一步的研究方向。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH165.3

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 屈微;刘贺平;张德政;;基于独立分量分析特征提取的故障诊断系统[J];北京科技大学学报;2006年07期
2 吴宝杰,刘庆廉,李兴林,周银生;润滑脂的动态分油能力对轴承振动性能的影响[J];轴承;2003年05期
3 李峰,张英堂,王宁,宋兵,周宝成;基于小波和奇异谱降噪理论的轴承故障诊断研究[J];轴承;2003年07期
4 赵惠玲,贾峰一,李旭东,常洪;套圈制造精度对滚动轴承振动与噪声的影响[J];轴承;2003年12期
5 裴礼清,赵丽萍;滚动轴承微动磨损导致的振动分析[J];轴承;2004年05期
6 汪久根;王庆九;章维明;;表面粗糙度对轴承振动的影响[J];轴承;2007年01期
7 王坚永,庄中华,吴秀鸾,汤洁;滚动轴承可靠性加速寿命试验研究[J];轴承;1996年09期
8 庄哲民;殷国华;李芬兰;江钟伟;;基于小波神经网络的风力发电机故障诊断[J];电工技术学报;2009年04期
9 杨晓蔚;;滚动轴承振动测量物理量和测量条件的探讨[J];轴承;2011年09期
10 周培毅;张新燕;张华中;;基于遗传算法与BP神经网的风力发电机齿轮箱故障诊断研究[J];华北电力技术;2010年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李锋;基于流形学习的风电机组传动系统故障诊断方法研究[D];重庆大学;2011年
2 赵联春;球轴承振动的研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘振宇;高速主轴用滚动轴承性能分析与试验研究[D];北京工业大学;2006年
2 闻凌峰;真空环境中固体润滑轴承损伤机理研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕高贵;;混凝土结构缺陷识别的复杂度方法及ANSYS模拟[J];四川建筑科学研究;2009年04期
2 李玲玲;辛浩;;FCM算法及其有效性度量方法[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
3 李峻;孙世群;;基于BP网络模型的青弋江水质预测研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年02期
4 袁根福,尹延国,叶敏;滚动轴承疲劳失效的铁谱监测[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1997年01期
5 李峻;孙世群;;BP神经网络在青弋江水质评价上的应用[J];安徽建筑;2008年03期
6 邵世磊;周国民;;昆虫信息数字化模型初步研究[J];安徽农业科学;2007年10期
7 俞家文;惠光伦;;一种基于RFID的食品质量检测方案研究[J];安徽农业科学;2007年33期
8 黄初龙;邓伟;卢晓宁;;区域农业水资源可持续利用模糊综合评价[J];安徽农业科学;2009年05期
9 郗伟东;石玉月;田巍;;基于风险模式提取的农户生猪饲养规制研究[J];安徽农业科学;2009年07期
10 吉奇;;利用模糊数学方法预测秋白菜适宜收获期[J];安徽农业科学;2010年18期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高殿荣;张浩;王志强;;低速大扭矩水压马达定子曲线的研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 朱海琴;刘铁岭;;频谱分析技术在齿轮箱上的成功应用[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
3 赵建玉;贾磊;陈月辉;张勇;;基于粒子群优化的信号交叉口交通流预测模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 李健宝;彭涛;;基于EMD与相关性分析的滚动轴承智能故障诊断[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 宫义山;钱娜;;贝叶斯网络结构在线学习算法及应用[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
6 周井玲;陈建春;左伟明;李玉静;;三点接触轴承球疲劳试验机故障诊断[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 肖泰勇;;1TY-690/5.3压缩机振动故障分析[A];巨化集团公司化工学会论文集(九)[C];2011年
8 秦毅;秦树人;毛永芳;;正交经验模态分解及其快速实现[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
9 王海荣;;石油化工企业的静电火灾隐患评估[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(四)[C];2007年
10 张文凯;;MAPGIS下专用地质制图软件的开发[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李桃迎;交通领域中的聚类分析方法研究[D];大连海事大学;2010年
3 彭富强;多尺度线调频基稀疏信号分解及其在齿轮箱故障诊断中的应用[D];湖南大学;2010年
4 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
7 王亚萍;需求驱动的个性化产品配置设计方法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
9 吴昊;滚动轴承动特性及轴承—转子系统动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
10 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李旭东;煤矿通防安全信息集成与控制预警系统平台研究[D];山东科技大学;2010年
2 蔡静颖;模糊c-均值算法的研究[D];辽宁师范大学;2010年
3 张磊涛;HHT在结构健康监测中的应用研究[D];浙江理工大学;2010年
4 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
5 李光远;基于在线聚类和最小二乘支持向量机的模糊建模方法研究[D];郑州大学;2010年
6 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
7 雷聪聪;一种基于数据聚类的信息粒化方法[D];郑州大学;2010年
8 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
9 王林吉;基于CIELAB均匀颜色空间和聚类算法的混纺测色研究[D];浙江理工大学;2010年
10 王文姝;基于模糊理论的关键词识别算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张武军,徐金梧,杨德斌,周艳玲,王海峰;声信号分析方法在轴承故障诊断中的应用[J];北京科技大学学报;2002年01期
2 屈微;刘贺平;张德政;;基于独立分量分析特征提取的故障诊断系统[J];北京科技大学学报;2006年07期
3 李刚;沟道表面几何偏差引起轴承振动的功率谱分析[J];轴承;1985年02期
4 马家驹;Y系列电机轴承[J];轴承;1987年04期
5 蒋兴奇,马家驹;轴承振动加速度传感器系统的频响特性[J];轴承;1988年05期
6 王坚永;深沟球轴承可靠性加速试验方法[J];轴承;1989年02期
7 蒋兴奇;轴承振动的傅立叶级数法分析[J];轴承;1990年01期
8 赵联春;低振轴承零件几何偏差控制法[J];轴承;1993年11期
9 赵联春,张重成,曲延敏;球轴承工艺误差激振的力学模型[J];轴承;1997年05期
10 孙恩宏,张军,田洪生;对电机轴承噪声音质的探讨[J];轴承;1997年09期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 蒋兴奇;主轴轴承热特性及对速度和动力学性能影响的研究[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 许燕;风力发电机组关键部件的有限元分析[D];新疆大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋剑虹;李超强;张旭;;ZS-15/30型轴承寿命试验机全自动改造[J];轴承;2010年12期
2 苗学问;王大伟;洪杰;;滚动轴承寿命理论的发展[J];轴承;2008年03期
3 许卫宝;;高速重载特大型轴承可靠性试验方案探讨[J];中国舰船研究;2008年04期
4 郑志功;汤洁;刘承绩;徐远;张伟;李鲁江;;自修复材料及其光饰预处理技术对轴承寿命的影响[J];轴承;2009年02期
5 楼洪梁;徐现昭;李兴林;卓继志;张仰平;;滚动轴承寿命及可靠性试验评定方法研究[J];中国计量学院学报;2011年02期
6 李兴林;李俊卿;张仰平;程东升;王曦;;滚动轴承快速寿命试验现状及发展[J];轴承;2006年12期
7 刘苏亚;;轴承试验机及试验技术[J];轴承;2011年08期
8 孟祥雨;货车无轴箱滚动轴承新油封[J];铁道车辆;1986年10期
9 万长森;滚动轴承设计应用和试验分析的有关程序(一)[J];轴承;1983年06期
10 梅宏斌,吴雅,师汉民,杨叔子;滚动轴承损伤类故障的一种精确诊断模型[J];华中科技大学学报(自然科学版);1992年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 袁惠群;闻邦椿;王德友;杨积东;;滚动轴承-转子-定子系统的碰摩故障分析[A];2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集[C];2003年
2 冯明时;胥永刚;马海龙;高立新;;滚动轴承微弱特征的非线性增强与解调方法研究[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年
3 张鹏;;滚动轴承的模糊疲劳可靠性计算[A];模糊数学和系统成果会论文集[C];1991年
4 朱泉;;滚动轴承故障诊断的实用技巧[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年
5 苏钢;姚成宝;;高温鼓风机轴承故障分析与诊断[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年
6 李健宝;彭涛;;基于EMD与相关性分析的滚动轴承智能故障诊断[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 张俊杰;;陶瓷材料在滚动轴承上的应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
8 刘健海;温诗铸;;滚动轴承乏油计算模型[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(下册)[C];1992年
9 蔡素然;李国仁;邵凤常;;工业机器人薄壁轴承启动摩擦力矩[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(下册)[C];1992年
10 谢荣华;罗贵火;;航空用高速滚动轴承失效分析[A];第八届全国转子动力学学术讨论会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 范增军;施福乐看中中国滚动轴承市场[N];中国汽车报;2004年
2 ;制造滚动轴承实体保持架的高铝锌基合金材料[N];中国有色金属报;2003年
3 洛阳轴承研究所总工程师 杨晓蔚;我国滚动轴承与国外有哪些差距[N];中国机电日报;2002年
4 周俊 宋爱华;山东泰安滚动轴承碳钢球联盟标准成功立项[N];中国质量报;2010年
5 刘伊婷;滚动轴承实物质量合格率94.6%[N];中国质量报;2008年
6 郭志坚;滚动轴承产品质量抽查合格率94.6%[N];中国工业报;2008年
7 杨一;滚动轴承行业标准及技术升级交流会拟在京举办[N];中国建材报;2007年
8 本报特约记者 孙烈根;依靠技术创新 不断开拓市场[N];中国机电日报;2000年
9 理想;LMGU下半环外套圈双列调心滚动轴承的特点[N];中国建材报;2011年
10 机 讯;轴承企业如何开拓国外市场[N];中国国门时报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈仁祥;振动谱表征空间滚动轴承寿命状态方法研究[D];重庆大学;2012年
2 董绍江;基于优化支持向量机的空间滚动轴承寿命预测方法研究[D];重庆大学;2012年
3 涂文兵;滚动轴承打滑动力学模型及振动噪声特征研究[D];重庆大学;2012年
4 张永奇;汽车驱动桥主减速器圆锥滚动轴承工作性能研究[D];吉林大学;2012年
5 刘永斌;基于非线性信号分析的滚动轴承状态监测诊断研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 吴昊;滚动轴承动特性及轴承—转子系统动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
7 周宇;基于循环平稳信号二维平面表示的滚动轴承早期故障诊断方法研究[D];上海交通大学;2012年
8 潘玉娜;滚动轴承的性能退化特征提取及评估方法研究[D];上海交通大学;2011年
9 毕果;基于循环平稳的滚动轴承及齿轮微弱故障特征提取应用研究[D];上海交通大学;2007年
10 冯栋彦;高精度跟踪架通用轴系匹配及消差方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘浩;基于声发射技术的货车滚动轴承故障诊断研究[D];中南大学;2010年
2 肖洁;基于Walsh变换的滚动轴承典型故障诊断方法研究[D];大庆石油学院;2010年
3 黄辉;基于SOPC的滚动轴承故障诊断系统研究和开发[D];中北大学;2010年
4 赵长生;滚动轴承故障特征增强方法与状态预测研究[D];大连理工大学;2010年
5 梁志红;基于DSP6000的列车滚动轴承的故障在线诊断[D];大连交通大学;2005年
6 袁方;基于1(1/2)维谱熵与支持向量机的滚动轴承故障诊断研究[D];湖南科技大学;2010年
7 杜秋华;形态滤波解调在滚动轴承损伤类缺陷诊断中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
8 李少军;滚动轴承故障诊断的多参数融合特征提取方法研究[D];北京交通大学;2011年
9 徐现昭;滚动轴承可靠性评价方法研究[D];中国计量学院;2012年
10 靳习永;滚动轴承设计与计算系统的研制[D];合肥工业大学;2006年
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