基于巴克豪森效应的轴承磨削烧伤测量技术研究.pdfVIP

摘要

航空轴承是航空发动机传动的“关节”，对于确保航空发动机稳定工作意义

重大。磨削烧伤作为造成轴承寿命与可靠性降低的重要影响因素，如何准确测

量磨削烧伤对于提高轴承寿命与可靠性，确保发动机稳定工作，具有举足轻重

的作用。长期以来，传统磨削烧伤测量方法中存在诸多问题，而新兴的测量技

术存在信号特征提取方法不完善，信号特征与磨削烧伤相关性不强的问题。

为此，本文提出了一种基于巴克豪森效应的轴承磨削烧伤测量方法。首先，

设计巴克豪森信号采集系统，完成轴承材料特征的无损提取；其次，基于巴克

豪森信号特征构建轴承硬度预测模型；最后，综合磨削温度与硬度进行轴承磨

削烧伤阈值研究，最终实现轴承磨削烧伤测量。

本课题完成的研究工作如下：

为解决传统测量方法损伤轴承的问题，研究基于巴克豪森效应的轴承磨削

烧伤测量方法。研究了基于巴克豪森效应的轴承磨削烧伤测量理论，分析了巴

克豪森信号产生机理及影响因素；在此基础上对轴承磨削烧伤处巴克豪森信号

进行仿真分析；同时，分析了巴克豪森信号和轴承磨削烧伤之间的映射，为实

现轴承表面硬度预测以及轴承磨削烧伤阈值研究提供了理论基础。

为解决新兴测量技术中信号特征提取方法不完善的问题，进行轴承磨削烧

伤巴克豪森信号提取及预处理研究。设计了千赫兹、毫伏级巴克豪森信号采集

系统，改善了高频微弱巴克豪森信号提取质量，实现轴承材料特性的无损提取；

同时进行巴克豪森信号降噪及多特征提取方法研究，利用小波变换对巴克豪森

信号进行处理，实现降噪的目的，对降噪后巴克豪森信号进行时频域特征提取

方法研究，分别进行时域特征，频域特征的提取以及时频域特征分析。

为解决轴承磨削烧伤识别中数据样本少的问题，开展轴承磨削烧伤测量实

验。根据巴克豪森信号提取原理，完成模拟烧伤试件的制备以及搭建轴承磨削

烧伤测量实验平台；进行轴承磨削烧伤巴克豪森信号测量实验，在选取激励信

号的最佳频率与幅值后，分别对轴承烧伤部位与正常部位的巴克豪森信号进行

测量并提取信号特征值，为轴承磨削烧伤识别提供输入特征；最后，进行轴承

磨削烧伤里氏硬度测量实验，在标定实验装置后对烧伤和正常部位的里氏硬度

进行测量，为轴承磨削烧伤识别提供实测样本。

在上述研究的基础上，为了建立巴克豪森信号特征与轴承磨削烧伤之间的

关系，基于巴克豪森信号特征值，研究了基于支持向量机的轴承磨削烧伤分类

方法，对烧伤和正常区域信号的特征值进行分类，获取灵敏度更高的特征值；

其次，研究基于粒子群优化的BP神经网络轴承硬度定量预测模型，定量评估

磨削烧伤部位的硬度；最后，综合磨削温度与表面硬度设计轴承磨削烧伤阈值，

利用烧伤阈值有效识别出轴承磨削烧伤特性。

关键词：巴克豪森信号；轴承磨削烧伤；特征提取；信号采集；烧伤识别

Abstract

Aerospacebearingsserveasthejointsofaerospaceengines,playinga

crucialroleinensuringtheirstableoperation.Grindingburn,asignificantfactor

thatreducesbearinglifeandreliability,necessitatesaccuratemeasurement

techniquestoenhancebearingdurabilityandensureenginestability.Traditionally,

numerousissueshaveplaguedconventionalgrindingburnmeasurementmethods.

Additionally,emergingtechnologiesfacechallengesinsignalfeatureextractionand

theweakcorrelationbetweensignalcharacteristicsandgrindingburn.

Inresponse