集成经验模态分解的滚动轴承故障诊断技术研究
滚动轴承是旋转机械实际应用最广泛的零部件之一,在生产过程中，一旦轴承出现了故障就可能会严重影响到整个机器的操作，所以轴承的故障诊断是非常有现实意义的。基于这些现状，本文研究的是振动信号的故障诊断。当轴承出现故障的时候，故障部位就会产生周期脉冲信号，然后我们就可以从这些故障信号当中提取出一些特征值，通过分析研究这些特征值，就可以判断出这些轴承是否已经出现了故障。近年来，经验模态分解EMD方法取得重大突破，它改进了傅立叶变换的缺陷,但是自身也存在着一些问题。Huang等人提出了集合经验模态分解EEMD方法。为了验证EEMD方法是否有效，本文是在各种情况下分别分析处理了滚动轴承的内圈、外圈振动信号。关键词 EMD， EEMD，滚动轴承，故障诊断，振动信号
目 录
1 引言 1
1．1 滚动轴承故障诊断技术的研究意义 1
1．2 滚动轴承故障诊断技术在国内外的发展状况 1
1．3 滚动轴承常用的故障诊断方法 2
2 滚动轴承的故障诊断方法 4
2．1 滚动轴承的失效形式、振动类型和故障频率的理论计算 4
2．2 振动分析方法 7
2．4 参数诊断法 8
2．5 共振解调法 9
3 经验模态分解与集合经验模态分解的方法 9
3．1 EMD的算法原理 9
3．2 EMD方法的分解过程 10
3．3 EMD方法的主要问题 11
3．4 EEMD原理及算法 11
4 研究内容及分析 11
4．1 实验步骤 12
4．2 实验装置说明 12
4．3 故障分析计算 12
4．4 加负载情况下内、外圈故障分析 16
结 论 19
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 引言
1．1 滚动轴承故障诊断技术的研究意义
随着现代工业和科学技术的快速发展，自动化水平越来越高，机械设备也变的越来越复杂，同时维修的费用也越来越高，最终使得设备在运转中的影响越来越高、作用越来越大。设备如果在实际 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
运转中发生任何故障、或者发生了失效，就很可能会造成重大的人员伤亡事故、重大的经济损失和恶劣的社会影响。因此深入探讨机械设备的故障、研究诊断新技术，这是很有必要的。
近十几年来，机械设备故障诊断技术已经得到飞速的发展，但是理论计算却依然停滞不前，应用结果也表明设备故障诊断技术还存在某些局限性，所以寻找设备故障诊断的新方法、研究故障诊断的新技术就显得非常重要。现代的设备故障诊断技术，它不仅能够对轴承的故障做出早期的预测，并且能够对故障做出分析判断、对原因提出有效的建议，从而在很大的程度上提高了早期预测出故障的概率，减少事故的发生。但是即使诊断技术得到了很大的发展，但是其局限性依然存在着，因此分析、研究设备故障诊断技术是非常必要的，它越来越值得人们去重视。
在旋转机械当中，滚动轴承是应用最广泛的一种零部件，同时轴承种类繁多、用量也非常大，为了提高整台机器的工作性能和工作效率，设备必须得装上不同类型和不同精度的滚动轴承。其它零部件相对于滚动轴承有着一些不足，其中一种就是寿命离散性小。在实际生产应用中，有的滚动轴承出现了故障，但是它的使用的时间还远远低于人们设计它的时候预算的寿命，还有的轴承稳定完好的在工作，但是它的使用时间已经远远的超过了预算的寿命。滚动轴承的种类繁多，有些有着重要用途的滚动轴承是被固定的，因此它的维修是很不方便的，人们需要对轴承进行早期的监测，发生故障也要及时诊断。这样就可以防止机械设备发生故障之后，而导致设备工作精度下降，减少、甚至杜绝事故的发生，轴承的经济社会效益得到很大的提高，工作潜力就可以很大限度的发挥出来了。诊断滚动轴承的方法有很多种，最常用、最有效的方法之一就是从振动信号中提取轴承工作状态的特征信息，然后对这个特征信息进行处理、分析和识别。振动特征能够反映出机械设备运行状态的本质，因此滚动轴承振动信号的提取、诊断是具有很重要的理论意义和现实意义的。
1．2 滚动轴承故障诊断技术在国内外的发展状况
美国学者Gustafsson和Tallian进行最早的滚动轴承故障诊断，1962年，他们提出可以用加速度传感器所采集的信号峰值变化来检测轴承运转过程中初期的故障。同年间，为了进一步完善和提高滚动轴承故障诊断技术，瑞典SKF公司发明了用冲击脉冲仪检测轴承损伤，这种方法也取得了显著的效果。1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV系列机器检测仪，这种检测仪可以检测出轴承的异常信号，不管是在高频段，还是在中频段和低频段。在这之后，该公司又研制出了诊断轴承故障的新技术，从而出现了油膜检查仪，这种检查仪实际上就是利用高频电流或超声波对轴承的润滑状态进行监测、分析，油膜破裂是否胡导致金属间的直接接触。几年后，日本公司又研制出了NB轴承检测仪，这种检测仪原理和油膜检查仪相似，但是有了很大的改进。英国Dyer等人研究出峭度系数的方法，这种方法来检测滚动轴承损伤情况，结果表明峭度系数是不随轴承转速和载荷的变化而变化的，而是与轴承的故障程度有关。在此以后，人们又根据这种方法提出了采用信号的均方根幅值、峰值作为参数的方法，这种方法和峭度系数方法相比，取得了比较理想的效果。随着傅立叶变换技术也开始快速发展，人们又开创出来新领域：用频域分析方法来检测、诊断轴承故障。这些发明、方法对滚动轴承的故障诊断都是具有重大和深远意义的。
我国的轴承诊断技术相对其他国家来说，起步算是比较晚的，但是也取得了很多突出的成就。八十年代，我国开始对滚动轴承故障诊断技术有了比较广泛的研究。同时在此年间，中航工业608研究所开发了Jk8342轴承齿轮故障分析仪和JK86411铁路货车轮对轴承不分解自动诊断系统，。在这之后，南京航空航天大学等人又开发出来MDS系列的滚动轴承故障诊断系统，这系统对我国的经济发展取得了显著的效果，同时减少了我国对国外的依赖。现在国内的很多院校也都在研究滚动轴承故障诊断技术，就是因为国内的故障诊断技术落后，与国外相比较还是存在一定的差距。吉林大学陈向东等人研究时发现，监测滚动轴承运行状态的故障时，可以利用神经网络的函数逼近和记忆能力；经过多天的研究，再结合共振调节技术和BP神经网络技术，王平等人发明了滚动轴承故障在线智能诊断仪，该仪器诊断故障的准确性极高，而且使用也方便，同时具有自动化和智能化等优点。在此之后，国内又研制发明了一些检测的仪器如：HBA2电脑轴承分析仪等。这些都为我国的轴承故障诊断技术做了很大的贡献。
目 录
1 引言 1
1．1 滚动轴承故障诊断技术的研究意义 1
1．2 滚动轴承故障诊断技术在国内外的发展状况 1
1．3 滚动轴承常用的故障诊断方法 2
2 滚动轴承的故障诊断方法 4
2．1 滚动轴承的失效形式、振动类型和故障频率的理论计算 4
2．2 振动分析方法 7
2．4 参数诊断法 8
2．5 共振解调法 9
3 经验模态分解与集合经验模态分解的方法 9
3．1 EMD的算法原理 9
3．2 EMD方法的分解过程 10
3．3 EMD方法的主要问题 11
3．4 EEMD原理及算法 11
4 研究内容及分析 11
4．1 实验步骤 12
4．2 实验装置说明 12
4．3 故障分析计算 12
4．4 加负载情况下内、外圈故障分析 16
结 论 19
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 引言
1．1 滚动轴承故障诊断技术的研究意义
随着现代工业和科学技术的快速发展，自动化水平越来越高，机械设备也变的越来越复杂，同时维修的费用也越来越高，最终使得设备在运转中的影响越来越高、作用越来越大。设备如果在实际 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
运转中发生任何故障、或者发生了失效，就很可能会造成重大的人员伤亡事故、重大的经济损失和恶劣的社会影响。因此深入探讨机械设备的故障、研究诊断新技术，这是很有必要的。
近十几年来，机械设备故障诊断技术已经得到飞速的发展，但是理论计算却依然停滞不前，应用结果也表明设备故障诊断技术还存在某些局限性，所以寻找设备故障诊断的新方法、研究故障诊断的新技术就显得非常重要。现代的设备故障诊断技术，它不仅能够对轴承的故障做出早期的预测，并且能够对故障做出分析判断、对原因提出有效的建议，从而在很大的程度上提高了早期预测出故障的概率，减少事故的发生。但是即使诊断技术得到了很大的发展，但是其局限性依然存在着，因此分析、研究设备故障诊断技术是非常必要的，它越来越值得人们去重视。
在旋转机械当中，滚动轴承是应用最广泛的一种零部件，同时轴承种类繁多、用量也非常大，为了提高整台机器的工作性能和工作效率，设备必须得装上不同类型和不同精度的滚动轴承。其它零部件相对于滚动轴承有着一些不足，其中一种就是寿命离散性小。在实际生产应用中，有的滚动轴承出现了故障，但是它的使用的时间还远远低于人们设计它的时候预算的寿命，还有的轴承稳定完好的在工作，但是它的使用时间已经远远的超过了预算的寿命。滚动轴承的种类繁多，有些有着重要用途的滚动轴承是被固定的，因此它的维修是很不方便的，人们需要对轴承进行早期的监测，发生故障也要及时诊断。这样就可以防止机械设备发生故障之后，而导致设备工作精度下降，减少、甚至杜绝事故的发生，轴承的经济社会效益得到很大的提高，工作潜力就可以很大限度的发挥出来了。诊断滚动轴承的方法有很多种，最常用、最有效的方法之一就是从振动信号中提取轴承工作状态的特征信息，然后对这个特征信息进行处理、分析和识别。振动特征能够反映出机械设备运行状态的本质，因此滚动轴承振动信号的提取、诊断是具有很重要的理论意义和现实意义的。
1．2 滚动轴承故障诊断技术在国内外的发展状况
美国学者Gustafsson和Tallian进行最早的滚动轴承故障诊断，1962年，他们提出可以用加速度传感器所采集的信号峰值变化来检测轴承运转过程中初期的故障。同年间，为了进一步完善和提高滚动轴承故障诊断技术，瑞典SKF公司发明了用冲击脉冲仪检测轴承损伤，这种方法也取得了显著的效果。1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV系列机器检测仪，这种检测仪可以检测出轴承的异常信号，不管是在高频段，还是在中频段和低频段。在这之后，该公司又研制出了诊断轴承故障的新技术，从而出现了油膜检查仪，这种检查仪实际上就是利用高频电流或超声波对轴承的润滑状态进行监测、分析，油膜破裂是否胡导致金属间的直接接触。几年后，日本公司又研制出了NB轴承检测仪，这种检测仪原理和油膜检查仪相似，但是有了很大的改进。英国Dyer等人研究出峭度系数的方法，这种方法来检测滚动轴承损伤情况，结果表明峭度系数是不随轴承转速和载荷的变化而变化的，而是与轴承的故障程度有关。在此以后，人们又根据这种方法提出了采用信号的均方根幅值、峰值作为参数的方法，这种方法和峭度系数方法相比，取得了比较理想的效果。随着傅立叶变换技术也开始快速发展，人们又开创出来新领域：用频域分析方法来检测、诊断轴承故障。这些发明、方法对滚动轴承的故障诊断都是具有重大和深远意义的。
我国的轴承诊断技术相对其他国家来说，起步算是比较晚的，但是也取得了很多突出的成就。八十年代，我国开始对滚动轴承故障诊断技术有了比较广泛的研究。同时在此年间，中航工业608研究所开发了Jk8342轴承齿轮故障分析仪和JK86411铁路货车轮对轴承不分解自动诊断系统，。在这之后，南京航空航天大学等人又开发出来MDS系列的滚动轴承故障诊断系统，这系统对我国的经济发展取得了显著的效果，同时减少了我国对国外的依赖。现在国内的很多院校也都在研究滚动轴承故障诊断技术，就是因为国内的故障诊断技术落后，与国外相比较还是存在一定的差距。吉林大学陈向东等人研究时发现，监测滚动轴承运行状态的故障时，可以利用神经网络的函数逼近和记忆能力；经过多天的研究，再结合共振调节技术和BP神经网络技术，王平等人发明了滚动轴承故障在线智能诊断仪，该仪器诊断故障的准确性极高，而且使用也方便，同时具有自动化和智能化等优点。在此之后，国内又研制发明了一些检测的仪器如：HBA2电脑轴承分析仪等。这些都为我国的轴承故障诊断技术做了很大的贡献。
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