Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертационная работа:

Батищева Оксана Михайловна. Повышение достоверности прогнозирования состояния подшипниковых узлов шпинделей станков на основе частотно-временного анализа вибрационных сигналов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 : Самара, 2005 189 c. РГБ ОД, 61:05-5/2343

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ. СОСТОЯНИЕ
ПРОБЛЕМЫ 8

  1. Характеристики качества технологического оборудования 8

  2. Влияние качества подшипниковых узлов на выходные параметры машин 16

  3. Анализ факторов, влияющих на вибрации подшипников качения 22

2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ И ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СИГНАЛА
ВИБРАЦИИ 42

  1. Анализ спектра вибрации подшипника 42

  2. Анализ вибрационных методов и средств контроля и диагностики подшипников качения 46

  3. Частотно-временные методы обработки сигналов 55

  4. Свойства и возможности вейвлет-преобразования 63

  5. Применение вейвлет-преобразования к модельным сигналам 78

  6. Разработка алгоритма вейвлет-преобразования диагностических

сигналов 88

Выводы по главе 95

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ
ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ 97

  1. Основные этапы прогнозирования технического состояния подшипниковых узлов по сигналу вибрации 99

  2. Формирование системы сбора, обработки и формализованного представления априорной информации 101

3.2.1. Разработка алгоритма определения параметров модели

развития дефекта подшипников качения 101

3.2.2. Формирование базы эталонных спектров 104

  1. Диагностика состояния подшипникового узла 109

  2. Прогнозирование технического состояния подшипникового узла 123 Выводы по главе 127

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОГО МЕТОДА 128

  1. Установка для реализации контрольно-диагностических экспериментов по оценке достоверности частотно-временного метода диагностики подшипников по сигналу вибрации 128

  2. Анализ результатов измерительного эксперимента 131

  1. Оценка достоверности частотно-временного метода диагностики состояния подшипников 131

  2. Сопоставительный анализ классического спектрального и частотно-временного методов идентификации степени развития дефекта подшипников 139

Выводы по главе 142

5. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ... 143

  1. Разработка системы мониторинга, диагностики и прогнозирования состояния подшипниковых узлов 143

  2. Практические рекомендации по выполнению мониторинга

и диагностики состояния подшипниковых узлов 147

5.3. Внедрение результатов исследований 149

Выводы по главе 153

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 154

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 157

ПРИЛОЖЕНИЯ 174

Введение к работе:

Обеспечение качества продукции машиностроения является одной из главных задач любого промышленного предприятия. Повышение точности и качества изделий предполагает использование оборудования, технические характеристики которого отвечают поставленным требованиям. Поэтому поддержание и обеспечение в процессе работы необходимых эксплуатационных качеств технологического оборудования является первоочередной задачей. Это, в свою очередь, во многом определяется выбором методов и средств контроля и диагностики состояния узлов технологического оборудования, их характеристик и параметров, в том числе и неразрушающими методами.

Технический прогресс и развитие промышленности связаны с созданием и внедрением гибких производственных систем, автоматизированных систем управления технологическими процессами, многоуровневых систем комплексных испытаний, оперативного контроля и диагностики производственного оборудования.

Задачи промышленного контроля, испытаний и диагностики связаны с необходимостью проведения измерений в рабочих режимах функционирования оборудования. При этом в процессе функционирования сложных технических систем в зависимости от наработки, вида и характера нагрузки в поверхностных слоях трущихся деталей происходят изменения их макро- и микрогеометрии. Это приводит к изменению жесткости подвижных сопряжений и системы в целом, а, следовательно, — к перераспределению упругих деформаций и усилий, действующих на ее отдельные элементы, а также к возникновению дополнительных колебательных нагрузок.

Одним из наиболее ответственных узлов практически любого механизма является подшипник, состояние которого представляет собой

важнейшую составляющую технического состояния механизма, его исправности и работоспособности.

В настоящее время существует множество методов диагностики состояния подшипника по его вибрационному сигналу, имеющему специфические особенности во временной и частотной областях в зависимости от вида возникшего дефекта и степени его развития. Эти методы различны по своим теоретическим предпосылкам, имеют разную трудоемкость, достоверность, требуют различного приборного обеспечения и могут применяться для различных целей.

Для диагностики работающего оборудования с целью выявления дефектов узлов наиболее информативными являются методы анализа спектра самого диагностического сигнала или его огибающей. При этом спектральные характеристики частотно-временных параметров исследуемых сигналов могут быть получены на основе классического Фурье-анализа.

Вместе с тем современные методы определения состояния подшипниковых узлов в процессе эксплуатации имеют существенные недостатки, связанные, прежде всего, с тем, что естественным ограничением применимости классического Фурье-анализа является гипотеза о стационарности диагностического сигнала. Од нако локальные изменения, например, повреждения поверхностей сопряжения или попадание посторонних частиц в зоны контакта приводят к импульсным возмущениям, которые делают вибрационный сигнал нестационарным и способны вызвать многочисленные резонансы. Как правило, подобные сигналы содержат близкие по времени высокочастотные компоненты и близкие по частоте низкочастотные компоненты. Нестационарность сигналов не позволяет корректно использовать традиционные методы спектрального анализа. Разбиение реализации быстропротекающего диагностического сигнала на квазистационарные участки неизбежно

приводит к проблемам «малой выборки» и значительному снижению точности и достоверности контроля.

Поэтому разработка методов диагностики и прогнозирования состояния подшипников качения по вибрационным сигналам с учетом их нестационарности является актуальной задачей. При этом разрабатываемые методы должны обеспечить возможность выявления особенностей подобных сигналов, давая хорошее разрешение и по частоте -для локализации низкочастотных составляющих, и по времени — для разрешения высокочастотных компонент.

Перспективным подходом к исследованию нестационарных сигналов вибрации подшипниковых узлов является вейвлет-анализ. В этом случае нестационарный сигнал представляется разложением по базисным функциям, полученным из некоторого прототипа путем масштабирования (то есть перемещением области его локализации по частоте) и сдвигов (перемещением области его локализации во времени).

На основании проведенных исследований получены математические модели подшипников качения, как источников вибраций и объектов вибродиагностики. Проанализированы зависимости между спектром вибрации подшипниковых узлов шпинделей станков и точностью изготовления деталей.

Разработаны алгоритмы частотно-временного анализа

нестационарных и сингулярных сигналов, основанные на использовании вейвлет-преобразования с использованием систем компьютерной математики MathCAD и MATLAB.

Выявлены зависимости между изменениями локальных особенностей диагностических сигналов и динамикой коэффициентов соответствующих им вейвлет-спектров.

Разработан алгоритм оценки параметров моделей

дефектообразования по конечным разностям.

Обоснован метод определения принадлежности выявленной дефектосодержащей ситуации к одному из классов состояний.

Предложена методика оценки и прогнозирования состояния подшипниковых узлов, основанная на использовании априорной информации и частотно-временного представления диагностических сигналов в базисе вейвлет-функций. Построены зависимости для определения глубины прогноза на основании априорной информации и результатов мониторинга.

Разработаны и внедрены практические рекомендации по выполнению мониторинга и диагностики состояния подшипниковых узлов.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Выявленные теоретическими и экспериментальными исследованиями зависимости между изменением локальных особенностей диагностических сигналов подшипниковых узлов и динамикой коэффициентов соответствующих им вейвлет-спектров.

  2. Методика идентификации вида дефекта подшипника качения и его временной локализации на основе вейвлет-анализа сигналов вибрации.

  3. Разработанный алгоритм оценки параметров моделей дефектообразования.

  4. Разработанная методика прогнозирования состояния подшипникового узла с использованием априорной информации и результатов вейвлет-преобразования диагностических сигналов.

Автор приносит свою глубокую признательность научному руководителю доктору технических наук профессору Штрикову Борису Леонидовичу за повседневное внимание и руководство работой, а также коллективу кафедры «Автоматизация технологических процессов в машиностроении» Самарского Государственного технического университета за помощь, оказанную при выполнении исследований.

Подобные работы
Кетат Владислав Владимирович
Разработка метода расчета динамических характеристик шпиндельных узлов расточных станков на опорах качения на основе дискретного моделирования системы "шпиндель-инструмент-деталь"
Хвостиков Александр Станиславович
Диагностика износа режущего инструмента на основе вейвлет-анализа сигнала виброакустической эмиссии
Тураносов Сергей Михайлович
Экспресс-диагностирование шпиндельных узлов токарных станков на основе анализа спектральных составляющих вынужденных колебаний
Миронченко Владимир Ильич
Разработка метода оценки технического состояния шпиндельных узлов станков по выходным параметрам точности (на примере токарного станка)
Баранов Евгений Витальевич
Повышение точности вращения шпинделей металлообрабатывающих станков путем применения автоматических балансировочных устройств
Жаппаров Наиль Шамильевич
Исследование и расчет аэростатических подшипников шпинделей прецизионных металлорежущих станков
Лонцих Павел Абрамович
Обеспечение динамического качества станков на основе методов диакоптики и результатов диагностики
Ермолаев Вадим Константинович
Повышение производительности шлицешлифовальных станков на основе глубинного шлифования
Еремин Николай Викторович
Улучшение динамических характеристик фрезерных станков на основе моделирования их несущих систем
Баланич Александр Михайлович
Прогнозирование периода приработки направляющих скольжения металлорежущих станков на основе имитационного моделирования процесса изнашивания

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net