基于循环平稳信号二维平面表示滚动轴承早期故障诊断方法的研究

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJmoTongUniversityforDoctorDegreeofPhiCoso#yStudyonTwo·-dimensionalPlaneExpressBasedonCyClOStatiOnarityforWeakFaultFeaturesExtractionofRollingElementBearingsCandidate：ZHOUYuSupervisor：Prof．CHENJinMajor：MechanicalDesignandTheorySchool：Sc

2、hoolofMechanicalEngineeringStateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibrationShanghaiJiaoTongUniversityOctober,2012上海交通大学上海父逋大字学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由

3、本人承担。学位论文作者签名：阀纾日期：妒，≯年fD月易日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密团。(请在以上方框内打“／”)学位论文作者签名：咫瘩指导教师签名：日期：砷Iy年，口月妒日日期：仂c，L年fp月8日上

4、海交通大学博士学位论文答辩决议书甜llJlIflmfrlll埘0070209033姓名周字f学号f0070209033f霎翥陈进i蓄翥f2们2一-o一，of薹誓机械设计及理论指导教师图书馆318论文题目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研究投票表决结果：乡／多／5评语和决议：(同意票数／实到委员数／应到委员数)答辩结论：曰螽过口未通过本论文在国家自然科学基金资助下，以滚动轴承为研究对象，深入开展了基于循环统计量理论的滚动轴承早期故障诊断的方法研究，具有较大的科学价值和应用前景。论文创新点如下：(1)提出了循环双谱

5、的快速算法——频移算法。可以较小的计算量获得特定循环频率下的循环双谱，有效提高了轴承故障诊断的效率。(2)针对特征循环频率下的循环双谱的对称性，进一步提出了二次切片的概念与算法，显著提高了计算效率，并清晰地反映了故障特征。(3)针对具有循环平稳特性的滚动轴承信号，实现了基于谱相关密度函数的时频二维分析。结果证明基于循环谱密度的时频分布可以极大削弱噪声对时频图的干扰，并且有很好的时频聚集性。识，表述文答论文工作表明作者已经掌握了本学科坚实宽广的理论基础和深入系统的专门知答辩委口贝A石成员签名职务姓名职称单位签名主席蒋伟康教授上海交

6、通大学委员饶柱石教授上海交通大学委员李鸿光教授上海交通大学委员张泉南研究员中国船舶重工集团第711研究所镊镡委员恽伟君研究员上海船舶第611研究所确彳委员秘书董广明讲师上海交通大学摘要旋转机械结构复杂，对运转条件要求较高，滚动轴承的任何轻微故障都有可能改变其自身的运转状态，进而牵连到其它部件，引发一系列连锁反应，导致设备性能下降，甚至产生并发故障。如何提取滚动轴承的微弱故障特征，揭示其早期、微弱、潜在故障及其发生、发展和转移，是设备状态监测和故障诊断面临的巨大挑战。旋转机械在运转过程中，尤其是在故障状态下，其物理参数具有周期时变

7、的特点，呈现循环平稳特征。从故障的物理本质入手，洞悉故障产生机理，是识别微弱故障特征的关键。本文以实现滚动轴承早期故障特征提取为目的，针对旋转机械设备发生故障时具有循环平稳和非高斯的特点，通过研究基于二阶和三阶循环统计量的二维表示方法，有效实现旋转机械早期故障智能预示。研究内容如下：(1)本文首先分析滚动轴承初期故障特点及类型，引入滚动轴承故障信号模型，将其分为确定性信号分量和随机信号分量，研究了其各自频谱特点：滚动轴承故障信号模型的确定性信号分量的频谱是离散频谱；而随机信号分量的功率谱密度函数是连续频谱。分析表明由于故障冲击周

8、期的不严格确定(轴承转速的波动，滚动体接触角的改变等影响)，滚动轴承故障信号频谱中的离散谱线会因此被连续频谱模糊，故障特征频率也就很难从信号的频谱中看到。(2)根据滚动轴承等旋转机械设备关键部件的(正常／故障)振动信号具有明显的周期时变特征，采用二阶循环统计量理