本文關(guān)鍵詞：基于有限元仿真的滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副故障診斷方法研究

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【摘要】：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要設(shè)備,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)精度及自動(dòng)化程度高,能滿足所加工零件的工藝與精度要求。但是數(shù)控機(jī)床長期在變速、變載頻繁換向的工況下往復(fù)運(yùn)動(dòng),會(huì)造成某些零部件的損傷。其中:滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給工作臺(tái)的核心部件,也是數(shù)控機(jī)床的重要故障源。因此開展關(guān)于滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副的故障診斷研究,對(duì)于保障數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行具有重要的意義。本文以滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副為對(duì)象,在綜合分析了兩者的故障機(jī)理、總結(jié)兩者常見故障類型的基礎(chǔ)上,建立了滾動(dòng)軸承的有限元模型,實(shí)現(xiàn)了不同故障狀態(tài)下的滾動(dòng)軸承顯示動(dòng)力學(xué)仿真。在仿真結(jié)果中,提取相應(yīng)的加速度信號(hào)與位移信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析,合理地選擇了信號(hào)屬性,并分析了滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)在傳遞過程中的損失性,研究了信號(hào)采集與后續(xù)處理的方法;對(duì)滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副的裝配整體進(jìn)行溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng),確定了信號(hào)敏感點(diǎn)和實(shí)際傳感器的安放位置。采用外置傳感器采集滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副的故障信號(hào),基于多通道采集板卡NIPCI-6143和LabVIEW軟件編程,建立了加速度信號(hào)與溫度信號(hào)的多通道故障信號(hào)采集系統(tǒng)。保證了具有隨機(jī)性與不確定性的滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副故障信號(hào)的完整性。利用小波包提取攜帶故障信息的特征參量,以剔除冗余信息,減少信號(hào)傳遞過程中故障信息的損失。應(yīng)用KPCA核函數(shù)主元分析法,對(duì)所提取的特征量進(jìn)行篩選、優(yōu)化,完成故障特征量的降維與簡化,為提高后續(xù)處理的精度與速度奠定了基礎(chǔ);分別利用BP、RBF以及SVM三種模式識(shí)別方法,對(duì)篩選后的特征量進(jìn)行特征級(jí)融合,建立滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副故障診斷系統(tǒng);最終引入D-S證據(jù)理論對(duì)三種方法的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行決策級(jí)融合,從而提高故障診斷的準(zhǔn)確度。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控機(jī)床 滾動(dòng)軸承 滾珠絲杠副 有限元 小波包 核函數(shù)主元分析 D-S證據(jù)理論 故障診斷
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 課題概述13-14
• 1.1.1 課題來源13
• 1.1.2 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 常用的故障診斷方法14
• 1.3 故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容16-19
• 第2章 滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副的故障機(jī)理分析19-27
• 2.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)簡介19
• 2.2 滾動(dòng)軸承故障機(jī)理分析19-22
• 2.2.1 滾動(dòng)軸承簡介19
• 2.2.2 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.3 滾動(dòng)軸承的主要故障形式20-21
• 2.2.4 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)特征21-22
• 2.3 滾珠絲杠副故障機(jī)理分析22-25
• 2.3.1 滾動(dòng)珠絲杠副簡介22
• 2.3.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.3 滾珠絲杠副主要故障形式24
• 2.3.4 滾珠絲杠副的振動(dòng)特征24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 故障狀態(tài)下的滾動(dòng)軸承的顯式動(dòng)力學(xué)仿真與分析27-45
• 3.1 概述27
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA基本理論27-30
• 3.2.1 LS-DYNA顯式動(dòng)力學(xué)基本算法27-29
• 3.2.2 LS-DYNA仿真流程29-30
• 3.3 前處理30-32
• 3.3.1 建立幾何模型30
• 3.3.2 有限元網(wǎng)格劃分30-31
• 3.3.3 設(shè)置接觸、施加約束與載荷31-32
• 3.4 求解32-33
• 3.4.1 計(jì)算時(shí)間控制32-33
• 3.4.2 輸出文件控制33
• 3.5 仿真結(jié)果分析33-43
• 3.5.1 正常滾動(dòng)軸承時(shí)程分析33-34
• 3.5.2 共振解調(diào)技術(shù)34-35
• 3.5.3 外圈故障狀態(tài)的滾動(dòng)軸承時(shí)程分析35-39
• 3.5.4 內(nèi)圈故障狀態(tài)的滾動(dòng)軸承時(shí)程分析39-41
• 3.5.5 滾動(dòng)體故障狀態(tài)的滾動(dòng)軸承時(shí)程分析41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 基于有限元仿真的滾珠絲杠副測(cè)點(diǎn)選擇45-55
• 4.1 概述45
• 4.2 幾何模型建立45-46
• 4.3 滾珠絲杠副應(yīng)力分析46-48
• 4.3.1 前處理46
• 4.3.2 求解46
• 4.3.3 仿真結(jié)果分析46-48
• 4.4 滾珠絲杠副熱力學(xué)分析48-53
• 4.4.1 ANSYS Workbench熱力學(xué)基本理論48-49
• 4.4.2 滾珠絲杠副各部件的熱量計(jì)算49
• 4.4.3 滾珠絲杠副熱力學(xué)分析的邊界條件49-50
• 4.4.4 有限元網(wǎng)格劃分50
• 4.4.5 滾珠絲杠副溫度場(chǎng)分析與熱流分析50-53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 第5章 滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副的故障信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與特征提取55-71
• 5.1 概述55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)故障件制備與儀器選擇55-60
• 5.2.1 滾動(dòng)軸承故障試件制備55-56
• 5.2.2 滾珠絲杠副故障試件制備56
• 5.2.3 加速度傳感器的選擇56-58
• 5.2.4 溫度傳感器的選擇58-59
• 5.2.5 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)及數(shù)據(jù)采集卡選型59-60
• 5.3 基于LabVIEW的信號(hào)采集編程實(shí)現(xiàn)60-62
• 5.4 滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副故障信號(hào)特征提取62-69
• 5.4.1 時(shí)域特征提取63-65
• 5.4.2 頻域特征提取65-66
• 5.4.3 時(shí)頻域特征提取66-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第6章 滾動(dòng)軸承與滾珠絲杠副故障信息的特征級(jí)與決策級(jí)融合71-91
• 6.1 概述71
• 6.2 基于KPCA核主元分析的特征篩選71-74
• 6.2.1 KPCA核主元分析法簡介71-72
• 6.2.2 KPCA在故障診斷中的應(yīng)用72-74
• 6.3 模式識(shí)別方法74-83
• 6.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)74-76
• 6.3.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)76-78
• 6.3.3 SVM支持向量機(jī)78-79
• 6.3.4 三種模式識(shí)別方法在故障診斷中的應(yīng)用79-83
• 6.4 隸屬度集合的熵值權(quán)重方法描述83-86
• 6.4.1 熵值的含義83-84
• 6.4.2 熵權(quán)法的計(jì)算84
• 6.4.3 熵權(quán)法在故障診斷中的應(yīng)用84-86
• 6.5 D-S證據(jù)理論86-90
• 6.5.1 D-S證據(jù)理論基本概念86-88
• 6.5.2 D-S證據(jù)理論在故障診斷中的應(yīng)用88-90
• 6.6 本章小結(jié)90-91
• 第7章 總結(jié)與展望91-93
• 7.1 論文研究工作總結(jié)91
• 7.2 研究展望91-93
• 參考文獻(xiàn)93-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97-99
• 致謝99

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