基于加权对数包络谐噪比的数控机床滚动轴承故障诊断方法研究

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滚动轴承作为主轴旋转的核心与支撑部件,通常工作在交变载荷、高温和重载等工况下,这使得它成为旋转机械最容易失效的部件之一。因此,对滚动轴承进行状态监测和故障诊断是保障设备正常工作的关键。包络分析是滚动轴承故障诊断中使用最多且成熟的方法,但是其中关键性的步骤—解调频带的选择依旧存在问题,容易受到无关噪声干扰而选择错误频带导致诊断效果不佳。因而,本文以滚动轴承振动信号作为研究对象,将多噪声干扰下滚动轴承故障诊断技术中的最优解调频带选择作为主要研究目标,提出了一种在多干扰情况下选择有效解调频带的方法,并基于此方法设计了一款与华中9型智能数控系统结合使用的滚动轴承故障诊断软件。论文的主要研究内容如下:针对目前常用的几种以轴承故障信号的脉冲性和二阶循环平稳性为基础的最优解调频带选择经典方法—快速峭度图、谐波噪声比、循环含量比和对数循环图,从各方法的背景出发,系统地介绍了其在选择最优滤波频带时的原理,计算过程及优缺点。针对循环含量比窄带定义的不足,提出两类细化的窄带来改进。结合窄带的新定义和谐波噪声比的思想,在对数循环图的基础上提出了既能着重关注故障特征频率,又能尽量减少无关噪声干扰的新指标—循环对数包络谐噪比,并通过建立两个判别阈值来优化计算。综合考虑多种故障并存的情况,最终提出了基于改进对数循环图的最优解调频带选择方法—加权对数包络谐噪比,并对此方法中参数的选取进行了仔细地斟酌。通过仿真外圈故障的滚动轴承信号,分析对比了不同噪声类型和水平对快速峭度图、对数循环图和加权对数包络谐噪比方法解调频带选择的影响,验证了加权对数包络谐噪比指标在不同噪声情况下选择频带的优势。使用多组不同故障类型的实验数据对比三种方法的选择频带表现和最终诊断效果,验证了本文提出的新方法的实用性。应用新方法,基于Qt设计了与华中9型智能数控系统结合使用的滚动轴承故障诊断软件。结合实际需求,确定了总体方案,对软件各模块和窗口进行了设计与实现。
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