<s>XJTU-SY_nx 滚动_vn 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 数据集_n 解读_vn</s>
<s>雷亚国_nr 韩天宇_nr 王彪_nr 李乃鹏_nr 闫涛_nr 杨军_nr</s>
<s>西安_ns 交通_n 大学_n 现代_t 设计_vn 及_c 转子_n 轴承_n 系统_n 教育部_nt 重点_n 实验室_n 浙江_ns 长兴_nz 昇阳_nz 科技_n 有限_n 公司_n</s>
<s>机械_n 工程_n 学报_n 2019_m (_w 16_m )_w</s>

<s>摘要_n ：_w 预测_vn 与_c 健康_an 管理_vn 对_p 保障_v 机械_n 装备_n 安全_an 服役_v 、_w 提高_v 生产_vn 效率_n 、_w 增加_v 经济_n 效益_n 至关重要_l 。_w</s><s>高_a 质量_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 是_v 预测_vn 与_c 健康_an 管理_vn 领域_n 的_u 基础性_n 资源_n ，_w 这些_r 数据_n 承载_v 着_u 反映_v 装备_n 服役_vn 性能_n 完整_a 退化_vn 过程_n 与_c 规律_n 的_u 关键_a 信息_n 。_w</s><s>然而_c ，_w 由于_p 数据_n 获取_vn 成本_n 高_a 、_w 存储_vn 与_c 传输_vn 技术_n 有待_v 发展_v 等_u 原因_n ，_w 典型_a 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 极其_d 匮乏_v ，_w 严重_ad 制约_v 了_u 机械_n 装备_n 预测_vn 与_c 健康_a 管理_vn 技术_n 的_u 理论_n 研究_vn 与_c 工程_n 应用_vn 。_w</s><s>为_p 解决_v 上述_b 难题_n ，_w 西安_ns 交通_n 大学_n 机械_n 工程_n 学院_n 雷亚国_nr 教授_n 团队_n 联合_v 浙江_ns 长兴_nz 昇阳_nz 科技_n 有限_n 公司_n ，_w 选取_v 工业_n 场景_n 中_f 典型_a 的_u 关键_a 部件_n —_w —_w 滚动_vn 轴承_n 为_v 试验_vn 对象_n ，_w 开展_v 了_u 历时_v 两_m 年_q 的_u 滚动_vn 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn ，_w 并_c 将_p 获取_v 的_u 试验_vn 数据_n —_w —_w XJTU_nx -_w SY_nx 滚动_vn 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 数据_n 集_Ng 面_ad 向_p 全球_n 学者_n 公开_ad 发布_v 。_w</s><s>该_r 数据集_n 共_d 包含_v 3_m 种_q 工_n 况_n 下_f 15_m 个_q 滚动_vn 轴承_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 信号_n ，_w 采样_vn 频率_n 高_a 、_w 数据_n 量_n 大_a 、_w 失效_vn 类型_n 丰富_a 、_w 记录_vn 信息_n 详细_a ，_w 既_c 可_v 为_p 预测_vn 与_c 健康_a 管理_vn 领域_n 提供_v 新鲜_a 的_u “_w 数据_n 血液_n ”_w ，_w 推动_v 故障_n 诊断_vn 与_c 剩余_vn 寿命_n 预测_vn 等_u 领域_n 的_u 算法_n 研究_vn ，_w 又_c 可_v 助力_v 工业界_n 智能_vn 化_vn 运维_vn 的_u “_w 落地生根_v ”_w 。_w</s>
<s>基金_n ：_w 国家_n 自然_l 科学_l 基金_n (_w 61673311_m )_w ;_w NSFC_nx -_w 浙江_ns 两化_n 融合_vn 联合_vn 基金_n (_w U1709208_m )_w 资助_vn 项目_n</s>
<s>关键_n 词_n ：_w 滚动_vn 轴承_n ;_w 加速_vn 寿命_n 试验_vn ;_w 预测_vn 与_c 健康_an 管理_vn</s>
<s>作者_n 简介_n ：_w *_w 雷亚国_nr ，_w 男_b ，_w 1979年_t 出生_v ，_w 博士_n ，_w 教授_n ，_w 博士_n 研究生_n 导师_n 。_w</s><s>主要_b 研究_vn 方向_n 为_v 大数据_n 智能_n 故障_n 诊断_vn 与_c 寿命_n 预测_vn 、_w 机械_n 设备_n 健康_an 监测_vn 与_c 智能_n 维护_vn 、_w 机械_n 系统_n 建模_vn 与_c 动态_n 信号_n 处理_vn 。_w</s><s>E-mail_nx :_w yaguolei@mail.xjtu.edu.cn_nx ;_w</s>
<s>收_v 稿_Ng 日期_n ：_w 2019-04-26_m</s>

<s>0_m 前言_n</s>
<s>随着_p 科学_n 技术_n 的_u 飞速_d 发展_v ，_w 现代_t 机械_n 装备_n 逐渐_d 趋于_v 大型化_v 、_w 多元化_v 和_c 复杂化_v ，_w 服役_vn 环境_n 多种多样_l ，_w 变_v 载荷_n 、_w 大_a 扰动_vn 和_c 强_a 冲击_vn 等_u 恶劣_a 工_n 况_n 屡见不鲜_i ，_w 一旦_d 发生_v 故障_n ，_w 会_v 造成_v 严重_a 的_u 经济_n 损失_vn 甚至_c 人员_n 伤亡_vn [_w 1_m -_w 2_m ]_w 。_w</s><s>因此_c ，_w 对_p 机械_n 装备_n 开展_v 预测_vn 与_c 健康_a 管理_vn (_w Prognostics_nx and_c health_a management_n ,_w PHM_nx )_w ，_w 实时_d 进行_v 健康_an 评估_vn 与_c 预测_vn ，_w 基于_p 预测_vn 结果_n 订购_v 备件_n ，_w 制定_v 预测_vn 性_n 维护_vn 策略_n ，_w 对_p 保障_v 机械_n 装备_n 安全_ad 服役_v 、_w 提高_v 生产_vn 效率_n 和_c 增加_v 经济_n 效益_n 至关重要_l 。_w</s><s>2019年_t 3月_t 发布_v 的_u 《_w 工业_n 大数据_n 标准化_vn 白皮书_n 》_w 强调_vd 指出_v ，_w 结合_v 设备_n 状态_n 监测_vn 技术_n 、_w 故障_n 诊断_vn 技术_n 和_c 计算机_n 网络_n 技术_n ，_w 开展_v 故障_n 预警_vn 、_w 远程_b 监控_vn 、_w 远程_b 运维_vn 、_w 质量_n 诊断_vn 等_u 大数据_n 分析_vn 和_c 预测_vn ，_w 形成_v “_w 制造_v +_w 服务_v ”_w 的_u 新_a 模式_n ，_w 是_v 未来_t 提升_v 制造业_n 生产力_n 和_c 竞争力_n 的_u 重要_a 因素_n 。_w</s><s>由此可见_c ，_w 机械_n 装备_n 的_u PHM_nx 可_v 有效_ad 降低_v 其_r 全_a 寿命_n 周期_n 成本_n ，_w 提升_v 产品_n 附加值_n ，_w 助力_v 工业_n 产业_n 转型_v 升级_v 。_w</s>
<s>机械_n 装备_n 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 是_v PHM_nx 领域_n 研究_vn 的_u 基础性_n 资源_n ，_w 这些_r 数据_n 承载_v 着_u 反映_v 装备_n 服役_vn 性能_n 完整_a 退化_vn 过程_n 与_c 规律_n 的_u 关键_a 信息_n 。_w</s><s>但是_c ，_w 实际_n 中_f 机械_n 装备_n 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 通常_d 难以_d 获取_v ，_w 主要_b 原因_n 如下_v ：_w (_w 1_m )_w 目前_t 我_n 国_n 工业界_n 开展_v 健康_a 监测_vn 的_u 意识_n 不足_a ：_w 监测_vn 数据_n 的_u 采集_vn 与_c 存储_vn 存在_v 着_u 起步_v 晚_a 、_w 历时_v 短_a 、_w 机制_n 规范化_vn 程度_n 不_d 高_a 等_u 问题_n ，_w 对_p 数据_n 质量_n 把_v 控_v 不_d 严_a ；_w (_w 2_m )_w 学术界_n 开展_v 试验_vn 难度_n 大_a ：_w 搭建_v 机械_n 装备_n 加速_v 寿命_n 试验_vn 平台_n 、_w 采集_v 全_a 寿命_n 周期_n 监测_vn 数据_n 往往_d 需要_v 投入_v 大量_m 的_u 人力_n 和_c 物力_n ；_w (_w 3_m )_w 硬件_n 存储_vn 、_w 数据_n 传输_vn 技术_n 与_c 计算_vn 能力_n 有待_v 进一步_d 提高_v ：_w 机械_n 监测_vn 的_u 数据_n 量_n 可_v 高_a 达_v 千万亿_m 字节_n 以上_f [_w 3_m ]_w ，_w 使得_v 工业_n 现场_s 的_u 监测_vn 数据_n 难以_d 完整_a 的_u 保存_vn 并_c 实时_n 传输_v 至_v 远程_b 监测_vn 平台_n ；_w (_w 4_m )_w 安全_a 与_c 商业_n 保密_vn 因素_n 限制_vn ：_w 机械_n 装备_n 通常_d 被_p 禁止_v 持续_vd 运行_v 到_v 失效_vn 状态_n ，_w 导致_v 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 不_d 完整_a ，_w 只_d 能_v 获取_v 部分_m 截断_vn 数据_n ；_w 共享_vn 意识_n 不足_a 与_c 商业_n 保密_vn 的_u 限制_vn ，_w 使_v 生产_vn 企业_n 往往_d 不_d 会_v 对_p 外_vd 公开_v 其_r 所_u 存储_v 的_u 监测_vn 数据_n 。_w</s><s>以上_f 多_m 重_q 困难_an ，_w 造成_v 了_u 支撑_v 机械_n 装备_n PHM_nx 研究_vn 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 不足_a 的_u 困境_n 。_w</s><s>加速_v 寿命_n 试验_vn 和_c 仿真_vn 试验_vn 为_p 解决_v 这_r 一_m 数据_n 困局_n 提供_v 了_u 有效_a 的_u 解决_vn 方案_n ，_w 美国_ns 国家_n 航空_n 航天局_n 艾姆斯_nz 研究_vn 中心_n 、_w 美国_ns 辛辛那提_ns 大学_n 智能_n 维护_vn 系统_n 中心_n 、_w 法国_ns FEMTO-ST_nx 研究所_n 、_w 美国_ns 加州_ns 大学_n 伯克利_nz 分校_n 等_u 学术_n 机构_n 分别_d 公开_ad 发布_v 了_u 航空_n 发动机_n [_w 4_m ]_w 、_w 滚动_vn 轴承_n [_w 5_m -_w 6_m ]_w 、_w 刀具_n [_w 7_m ]_w 等_u 多_a 类_q 机械_n 装备_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 集_Ng ，_w 以_c 推动_v PHM_nx 的_u 研究_vn 与_c 发展_vn 。_w</s><s>然而_c 仿真_vn 试验_vn 对_p 试验_vn 因素_n 的_u 简化_vn 过于_d 理想_a ，_w 一些_m 加速_v 寿命_n 试验_vn 未_d 对_p 样本_n 的_u 失效_vn 原因_n 作_v 进一步_b 的_u 归类_vn 、_w 整理_vn 与_c 分析_vn ，_w 失效_vn 信息_n 缺失_vn 导致_v 学者_n 无法_v 深入_a 地_u 开展_v 分析_vn 。_w</s><s>由此可见_c ，_w 高_a 质量_n 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 的_u 匮乏_vn 已_d 成为_v 制约_v PHM_nx 技术_n 学术_n 研究_vn 与_c 工程_n 推广_vn 的_u 瓶颈_n 。_w</s>
<s>滚动_vn 轴承_n 被_p 称为_v “_w 工业_n 的_u 关节_n ”_w ，_w 在_p 航空_n 航天_n 、_w 风力_n 发电_vn 、_w 加工_vn 制造_vn 等_u 诸多_m 工业_n 场景_n 广泛_ad 使用_v ，_w 其_r 健康_a 状态_n 对_p 机械_n 装备_n 安全_a 服役_vn 性能_n 起_v 着_u 十分_m 重要_a 的_u 作用_n 。_w</s><s>据_p 相关_vn 统计_vn ，_w 旋转_vn 机械_n 的_u 失效_vn 案例_n 中_f ，_w 其中_r 45%_m ～_w 55%_m 是_v 由于_p 滚动_vn 轴承_n 的_u 失效_vn 而_c 导致_v 的_u [_w 8_m ]_w 。_w</s><s>因此_c ，_w 许多_m 学者_n 致力于_v 以_p 滚动_vn 轴承_n 为_v 典型_a 代表_n 的_u 机械_n 装备_n 预测_vn 与_c 健康_an 管理_vn 领域_n 的_u 算法_n 研究_vn [_w 9_m -_w 10_m ]_w 。_w</s>
<s>在_p 上述_b 背景_n 下_f ，_w 西安_ns 交通_n 大学_n 机械_n 工程_n 学院_n 雷亚国_nr 教授_n 团队_n 与_p 浙江_ns 长兴_ns 昇阳_nz 科技_n 有限_n 公司_n (_w 以下_f 简称_v “_w 昇阳_nz 科技_n ”_w )_w 成立_v 了_u “_w 机械_n 装备_n 健康_an 监测_vn 联合_vn 实验室_n ”_w (_w 以下_f 简称_v “_w 联合_vn 实验室_n ”_w )_w ，_w 协同_vd 开展_v 了_u 历时_v 两_m 年_q 的_u 滚动_vn 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn ，_w 并_c 将_p 获取_v 的_u 试验_vn 数据_n —_w —_w XJTU_nx -_w SY_nx 轴承_n 数据_n 集_Ng 面向_p 全球_n 学者_n 公开_ad 发布_v ，_w 旨在_v 积极_ad 推进_v 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 的_u 共享_vn 开放_vn ，_w 推动_v 机械_n 装备_n PHM_nx 技术_n 的_u 理论_n 研究_vn 与_c 工程_n 应用_vn 。_w</s><s>此_r 次_q 公开_ad 发布_v 的_u 数据集_n 包含_v 了_u 3_m 种_q 工_n 况_n 下_f 的_u 15_m 个_q 滚动_vn 轴承_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 信号_n ，_w 且_c 明确_ad 标注_v 了_u 每_r 个_q 轴承_n 的_u 失效_vn 部位_n ，_w 为_p PHM_nx 领域_n 的_u 研究_vn 提供_v 了_u 数据_n 支撑_vn 。_w</s>
<s>1_m 数据_n 采集_vn 与_c 存储_vn</s>
<s>1.1_m 试验_vn 平台_n</s>
<s>如_v 图_n 1_m 所_u 示_Vg ，_w 本_r 次_q 试验_vn 所_u 用_v 的_u 轴承_n 加速_vn 寿命_n 测试_vn 平台_n 由_p 联合_vn 实验室_n 设计_v ，_w 昇阳_nz 科技_n 加工_v 制造_v 。_w</s><s>该_r 平台_n 由_p 交流电_n 动机_n 、_w 电动机_n 转速_vn 控制器_n 、_w 转轴_vn 、_w 支撑_vn 轴承_n 、_w 液压_n 加载_vn 系统_n 和_c 测试_vn 轴承_n 等_u 组成_v ，_w 可以_v 开展_v 各_r 类_q 滚动_vn 轴承_n 或_c 滑动_vn 轴承_n 在_p 不同_a 工_n 况_Ng 下_f 的_u 加速_vn 寿命_n 试验_vn ，_w 获取_v 测试_vn 轴承_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 监测_vn 数据_n 。_w</s><s>试验_vn 平台_n 可_v 调节_v 的_u 工_n 况_n 主要_d 包括_v 径向_n 力_n 和_c 转速_n ，_w 其中_r 径向_n 力_n 由_p 液压_n 加载_vn 系统_n 产生_v ，_w 作用_v 于_p 测试_vn 轴承_n 的_u 轴承_n 座上_s ，_w 转速_n 由_p 交流_b 电机_n 的_u 转速_n 控制器_n 来_v 设置_v 与_c 调节_v 。_w</s><s>试验_vn 轴承_n 为_v LDK_nx UER204_nx 滚动_vn 轴承_n ，_w 其_r 相关_vn 参数_n 见_v 表_n 1_m 。_w</s><s>试验_v 共_d 设计_v 了_u 3_m 类_q 工_n 况_Ng ，_w 如_v 表_n 2_m 所_u 示_Vg ，_w 每_r 类_q 工_n 况_Ng 下_f 有_v 5_m 个_q 轴承_n 。_w</s>
<s>图_n 1_m 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 台_n</s>
<s>表_n 1_m LDK_nx UER204_nx 轴承_n 参数_n</s>
<s>表_n 2_m 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 工_n 况_Ng</s>
<s>1.2_m 数据_n 采集_vn</s>
<s>如_v 图_n 1_m 所_u 示_Vg ，_w 为了_p 获取_v 轴承_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 信号_n ，_w 两_m 个_q PCB_nx 352C33_nx 单向_b 加速度_n 传感器_n 分别_d 通过_p 磁_n 座_n 固定_v 于_p 测试_v 轴承_n 的_u 水平_n 和_c 竖直_vn 方向_n 上_f 。_w</s><s>试验_v 中_f 使用_v DT9837_nx 便携式_b 动态_n 信号_n 采集_vn 器_n 采集_v 振动_vn 信号_n 。_w</s><s>采样_vn 参数_n 设置_v 如_v 图_n 2_m 所_u 示_v ，_w 试验_v 中_f 设置_v 采样_vn 频率_n 为_v 25.6_m kHz_q ，_w 采样_vn 间隔_v 为_v 1_m min_q ，_w 每_r 次_q 采样_vn 时_Ng 长_a 为_v 1.28_m s_q 。_w</s>
<s>图_n 2_m 振动_vn 信号_n 的_u 采样_vn 设置_vn</s>
<s>1.3_m 数据_n 存储_vn</s>
<s>在_p 每_r 一_m 次_q 采样_vn 中_f ，_w 将_p 获取_v 的_u 振动_vn 信号_n 存放_v 在_p 一_m 个_q csv_nx 文件_n 内_f 。_w</s><s>其中_r ，_w 第一_m 列_q 为_v 水平_n 方向_n 的_u 振动_vn 信号_n ，_w 第二_m 列_q 为_v 竖直_v 方向_n 的_u 振动_vn 信号_n 。_w</s><s>各_r 个_q csv_n 文件_n 按_p 采样_vn 时间_n 先后_f 顺序_n 命名_v ，_w 即_v 1_m ._q csv_nx ,_w 2_m ._m csv_nx ，_w …_Ng ，_w N_nx ._m csv_nx ，_w 其中_r N_nx 为_v 采样_vn 总_b 次数_n 。_w</s>
<s>2_m 数据_n 样本_n 描述_vn</s>
<s>2.1_m 数据_n 概览_n</s>
<s>表_n 3_m 给出_v 了_u 每_r 一_m 个_q 测试_vn 轴承_n 的_u 详细_a 信息_n ，_w 包括_v 其_r 对应_v 的_u 工_n 况_n 、_w 数据_n 样本_n 总数_n 、_w 基本_a 额定_vn 寿命_n L_q 10_m 、_w 实际_a 寿命_n 和_c 失效_vn 位置_n 。_w</s>
<s>表_n 3_m XJTU-_nx SY_n 轴承_n 数据集_n 信息_n 一览表_n</s>
<s>根据_p ISO_nz 281_m -_w 2007_m [_w 11_m ]_w 与_c 国家_n 标准_n GB/T_nx 6391-2010_m [_w 12_m ]_w ，_w 滚动_vn 轴承_n 的_u 基本_a 额定_vn 寿命_n 为_v 一_m 组_q 同_v 型号_n 轴承_n 在_p 同_v 一_m 条件_n 下_f 运转_v ，_w 其_r 可靠度_n 为_v 90%_m 时_Ng ，_w 所_u 能_v 达到_v 或_c 超过_v 的_u 寿命_n ，_w 计算式_n 为_v</s>
<s>式_Ng 中_f ，_w L_nx 10_m 为_v 基本_a 额定_b 寿命_n ，_w C_nx 为_v 额定_b 动_vn 载荷_n ，_w n_nx 为_v 轴承_n 的_u 工作_vn 转速_n ，_w ε_nx 为_v 寿命_n 指数_n ，_w 测试_vn 轴承_n 为_v 球_n 轴承_n ，_w 参考_vn 标准_n 取_v 为_v 3_m ,_w P_nx 为_v 当_vn 量_vn 动_vn 载荷_n ，_w 当_p 轴承_n 只_d 承受_v 径向_n 载荷_n 时_Ng ，_w 可_v 由_p 式_Ng (_w 2_m )_w 计算_v 得到_v</s>
<s>式_Ng 中_f ，_w f_nx P_nx 为_v 载荷_n 系数_n ，_w F_nx r_nx 为_v 径向_b 载荷_n ，_w 当_p 无_v 冲击_v 或_c 轻微_ad 冲击_v 时_Ng ，_w f_nx P_nx 取_v 值_n 范围_n 为_v 1_m ._m 0_m ～_w 1_m ._m 2_m 。_w</s>
<s>2_m ._w 2_m 轴承_n 失效_vn 形式_n 与_c 振动_vn 信号_n 分析_vn</s>
<s>图_n 3_m 给出_v 了_u 典型_a 失效_vn 类型_n 的_u 轴承_n 图片_n ，_w 从中_d 可以_v 看出_v ，_w 测试_vn 轴承_n 的_u 失效_vn 原因_n 包括_v 内_f 圈_n 磨损_v 、_w 保持_vn 架_Ng 断裂_v 、_w 外圈_n 磨损_v 、_w 外圈_n 裂_v 损_Vg 等_u 。_w</s><s>在_p 3_m 种_q 试验_vn 工_n 况_n 下_f 各_r 选取_v 1_m 个_q 测试_vn 轴承_n 样本_n ，_w 绘制_v 其_r 全_a 寿命_n 周期_n 内_f 水平_n 、_w 竖直_v 方向_n 振动_vn 信号_n ，_w 如_v 图_n 4_m 所_u 示_v 。_w</s>
<s>图_n 3_m 典型_a 失效_vn 类型_n 的_u 轴承_n 图片_n</s>
<s>图_n 4_m 部分_n 轴承_n 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 信号_n</s>
<s>当_p 机械_n 装备_n 出现_v 故障_n 时_Ng ，_w 可能_v 会_v 在_p 时_n 域_n 、_w 频_n 域_n 和_c 时_n 频_n 域_n 都_d 有_v 不同_a 程度_n 的_u 体现_vn 。_w</s><s>以_p 轴承_n 1_m ＿_w 1_m 为_v 例_n ，_w 该_r 轴承_n 在_p 试验_v 结束_v 时_Ng 出现_v 了_u 外圈_n 裂_v 损_Vg ，_w 因_c 载荷_n 施加_v 在_p 水平_n 方向_n ，_w 该_r 方向_n 的_u 振动_vn 信号_n 能够_v 包含_v 更_d 多_a 的_u 退化_vn 信息_n ，_w 故_c 选取_v 水平_n 方向_n 振动_vn 信号_n 作_v 频谱_n 与_c 包_n 络_n 谱_Ng 分析_vn ，_w 如_v 图_n 5_m 所_u 示_v ，_w 除了_p 一_m 倍_q 转频_n 成分_n 34_m ._q 38_m Hz_q 外_f ，_w 频谱_n 和_c 包_vn 络_n 谱_Ng 出现_v 108._m 6_m Hz_q 及其_c 倍_n 频_Ng 的_u 频率_n 成分_n ，_w 该_r 频率_n 接近_v 外圈_n 故障_n 特征_n 频率_n 理论_n 值_n 107.91_m Hz_q 。_w</s>
<s>图_n 5_m 轴承_n 1_m ＿_w 1_m 频谱_n 与_c 包_n 络_n 谱_Ng 分析_vn</s>
<s>在_p 轴承_n 运行_v 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 内_f ，_w 通常_d 利用_v 信号_n 处理_vn 方法_n 分别_d 从_p 时_n 域_n 、_w 频_n 域_n 和_c 时_n 频_n 域_n 提取_v 特征_n [_w 13_m ]_w ，_w 以_c 反映_v 从_p 正常_a 状态_n 到_p 严重_a 故障_n 的_u 退化_vn 过程_n 。_w</s><s>选取_v 轴承_n 3_m ＿_w 1_m 水平_n 方向_n 的_u 振动_vn 信号_n 为_v 例_n ，_w 提取_v 3_m 个_q 典型_a 特征_n ，_w 如_v 图_n 6_m 所_u 示_v ，_w 可以_v 看出_v 随着_p 运行_vn 时间_n 的_u 推移_vn ，_w 特征_n 幅_Ng 值_n 呈现_v 递增_v 的_u 趋势_n ，_w 较_d 好_a 地_u 反映_v 了_u 轴承_n 的_u 退化_vn 过程_n 。_w</s>
<s>图_n 6_m 轴承_n 3_m ＿_w 1_m 特征_n 提取_vn</s>
<s>3_m 数据_n 质量_n 保证_vn 和_c 质量_n 控制_vn</s>
<s>3.1_m 试验_vn 台_n 的_u 可靠_a 设计_vn</s>
<s>在_p 设计_v 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 台_n 时_Ng ，_w 应_v 确保_v 试验_vn 台_n 中_f 其他_r 部件_n 的_u 寿命_n 远远_d 高于_v 测试_vn 轴承_n 的_u 寿命_n ，_w 故_c 在_p 设计_vn 过程_n 中_f 需_v 充分_ad 考虑_v 转轴_v 的_u 抗_v 弯_Ng 强度_n 和_c 抗_v 疲劳_a 性能_n 、_w 支撑_v 轴承_n 类型_n (_w 推荐_v 使用_v 重载_vn 轴承_n ，_w 如_v 单_b 排_b 或_c 双_m 排_q 滚子_n 轴承_n )_w 、_w 电机_n 及_c 液压_n 系统_n 的_u 可靠性_n 等_u 。_w</s><s>试验_vn 台_n 加工_v 完成_v 后_f ，_w 应对_v 其_r 整体_n 振动_vn 性能_n 进行_v 测试_vn 。_w</s><s>若_c 振动_v 过_d 大_a ，_w 则_c 需_v 采用_v 地_n 脚_n 螺栓_n 固定_vn 试验_vn 台_n ，_w 或_c 将_p 其_r 固定_v 于_p 铸铁_vn 平台_n 上_f 。_w</s><s>此外_c ，_w 由于_p 轴承_n 失效_v 时_Ng 振动_vn 幅_n 值_n 过_d 大_a ，_w 为了_p 避免_v 出现_v 传感器_n 松动_v 的_u 现象_n ，_w 影响_v 数据_n 质量_n ，_w 试验_v 中_f 应_v 选择_v 大_a 吸力_n 磁_n 座_n 或_c 直接_ad 通过_p 螺丝_n 固定_v 加速度_n 传感器_n 。_w</s><s>同时_c ，_w 试验_v 中_f 也_d 应_v 使用_v 磁_n 环_n 来_v 抑制_v 高频_b 噪声_n 的_u 干扰_vn 。_w</s>
<s>3_m ._w 2_m 失效_vn 阈_n 值_n 的_u 确定_vn</s>
<s>为_p 观察_v 轴承_n 从_p 正常_a 状态_n 到_p 轻微_a 故障_n 再_d 到_p 严重_a 故障_n 这_r 一_m 完整_a 的_u 退化_vn 过程_n ，_w 试验_v 中_f 使用_v 相对_b 法_n 确定_v 轴承_n 的_u 失效_vn 阈_n 值_n ，_w 即_v 当_p 轴承_n 水平_n 或_c 竖直_vn 方向_n 振动_vn 信号_n 的_u 最_d 大_a 幅_n 值_n 超过_v 10×A_m h_nx 时_Ng 认为_v 轴承_n 已经_d 完全_ad 失效_v 并_c 立刻_d 终止_v 试验_v ，_w 其中_r A_nx h_nx 为_v 轴承_n 在_p 正常_a 运行_vn 阶段_n 的_u 最_d 大_a 幅_Ng 值_n 。_w</s>
<s>通过_p 分析_v 各_r 轴承_n 的_u 振动_vn 幅_n 值_n ，_w 可以_v 发现_v 利用_v 相对_b 阈_n 值_n 法_n 判断_v 失效_v 时_Ng ，_w 部分_m 轴承_n 的_u 振动_vn 幅_n 值_n 可_v 高达_v 50_m g_q (_w g_q 为_v 重力_n 加速度_n )_w 。_w</s><s>因此_c ，_w 学者_n 在_p 进行_v 相关_vn 研究_vn 时_Ng ，_w 可_v 根据_p 具体_a 的_u 研究_vn 问题_n 适当_ad 调整_v 失效_vn 阈_n 值_n 。_w</s>
<s>3.3_m 采样_vn 策略_n 的_u 合理_a 设置_vn</s>
<s>试验_v 中_f ，_w 振动_vn 信号_n 的_u 采样_vn 频率_n 基于_p 采样_vn 定理_n 确定_v [_w 14_m ]_w ，_w 而_c 采样_vn 间隔_n 和_c 采样_vn 时_n 长_n 则_c 根据_p 采集_vn 仪器_n 、_w 存储_vn 设备_n 等_u 硬件_n 条件_n 确定_v 。_w</s><s>在_p 硬件_n 条件_n 允许_v 的_u 情况_n 下_f ，_w 应_v 设置_v 较_d 小_a 的_u 采样_vn 间隔_n ，_w 以_c 获取_v 足够_v 多_a 的_u 数据_n 样本_n ，_w 进而_c 为_p 后续_v 的_u 研究_vn 提供_v 丰富_a 的_u 数据_n 基础_n 。_w</s>
<s>3_m ._w 4_m 轴承_n 失效_vn 形式_n 的_u 多样性_n</s>
<s>轴承_n 的_u 失效_vn 可能_v 由_p 内_f 圈_n 故障_n 、_w 外_f 圈_n 故障_n 、_w 保持架_n 故障_n 或_c 滚动_vn 体_Ng 故障_n 引起_v 。_w</s><s>为了_p 获取_v 完整_a 的_u 轴承_n 失效_vn 形式_n ，_w 每_r 一_m 种_q 工_n 况_n 下_f 各_r 对_p 5_m 个_q 轴承_n 进行_v 加速_vn 寿命_n 测试_vn 。_w</s><s>由_p 表_n 3_m 和_c 图_n 4_m 可_v 见_v ，_w XJTU_nx -_w SY_nx 轴承_n 数据_n 集中_ad 包含_v 多_a 种_q 失效_vn 类型_n 和_c 不同_a 退化_vn 趋势_n 。_w</s><s>就_p 失效_vn 类型_n 而_u 言_u ，_w 测试_v 轴承_n 的_u 失效_vn 部件_n 涵盖_v 了_u 外圈_n 、_w 内_f 圈_n 、_w 保持_vn 架_Ng 和_c 滚动_vn 体_n ，_w 故障_n 类型_n 有_v 外圈_n 磨损_vn 、_w 外圈_n 裂_v 损_Vg 、_w 内_f 圈_n 磨损_v 、_w 保持_vn 架_Ng 断裂_v 等_u 。_w</s><s>就_p 退化_vn 趋势_n 而_u 言_u ，_w 不同_a 测试_vn 轴承_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 数据_n 既_c 有_v 缓慢_a 退化_vn 型_k ，_w 又_c 有_v 突然_a 失效_vn 型_k 。_w</s>
<s>4_m 数据_n 价值_n</s>
<s>XJTU-SY_nx 数据_n 集_Ng 是_v 国内_s 首次_m 面向_v 全球_n 公开_ad 发布_v 的_u 滚动_vn 轴承_n 加速_vn 寿命_n 试验_vn 数据_n ，_w 在_p 充分_ad 分析_v 国外_s 研究_vn 机构_n 发布_v 数据_n 集_Ng 特点_n 的_u 基础_n 上_f ，_w 进一步_d 优化_v 了_u 试验_vn 设计_vn ，_w 发布_v 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 记录_n 内容_n 详实_a 、_w 信息_n 丰富_a ，_w 有助于_v 从业_b 人员_n 充分_ad 了解_v 与_c 挖掘_v 机械_n 装备_n 的_u 退化_vn 规律_n ，_w 具有_v 较_d 高_a 的_u 理论_n 研究_vn 与_c 工程_n 应用_vn 价值_n 。_w</s>
<s>(_w 1_m )_w 对比_vn L_nx 10_m 与_p 真实_a 寿命_n ，_w 验证_v 预测_vn 性_n 维护_vn 的_u 必要性_n 。_w</s><s>由_p 表_n 3_m 的_u 基本_a 额定_vn 寿命_n L_nx 10_m 与_p 真实_a 寿命_n 对比_vn 可以_v 看出_v ，_w 因_c 受到_v 材料_n 、_w 加工_vn 工艺_n 和_c 热处理_v 等_u 诸多_m 随机_b 因素_n 的_u 影响_vn ，_w 同_v 一_m 厂家_n 、_w 同_v 一_m 批次_q 生产_v 的_u 滚动_vn 轴承_n 的_u L_nx 10_m 寿命_n 与_p 真实_a 寿命_n 存在_v 较_d 大_a 偏差_n ，_w 因此_c 针对_p 具体_a 的_u 机械_n 装备_n 开展_v 剩余_vn 寿命_n 预测_vn 是_v 个性_n 问题_n ，_w 基于_p 大_a 样本_n 条件_n 并_c 依赖_v 概率_n 统计_vn 数据_n 计算_v 得到_v 的_u 理论_n 寿命_n 难以_d 满足_v 个体_n 装备_n 的_u 健康_an 状态_n 评估_vn 要求_n 。_w</s><s>上述_b 现象_n 充分_ad 说明_v 了_u 针对_p 单个_b 机械_n 装备_n 开展_v 健康_a 监测_vn 与_c 预测_vn 性_n 维护_vn 的_u 重要性_n ，_w 若_c 仅_d 根据_p 理论_n 寿命_n 制定_v 维护_vn 决策_vn ，_w 当_p 理论_n 寿命_n 高于_v 真实_a 寿命_n 时_Ng ，_w 容易_ad 出现_v 意外_a 停机_vn ，_w 发生_v 生产_vn 事故_n ；_w 当_p 理论_n 寿命_n 低于_v 真实_a 寿命_n 时_Ng ，_w 容易_ad 导致_v 滚动_vn 轴承_n 被_p 过早_d 更换_v ，_w 降低_v 生产_vn 效率_n ，_w 带来_v 资源_n 浪费_vn ，_w 导致_v 生产_vn 成本_n 上升_v 。_w</s>
<s>(_w 2_m )_w 拓宽_v 数据_n 应用_vn 范围_n ，_w 提供_v 信息_n 更为_d 丰富_a 。_w</s><s>目前_t ，_w 已_d 有_v 一些_m 研究_vn 机构_n 开展_v 了_u 滚动_vn 轴承_n 的_u 疲劳_a 寿命_n 试验_vn 和_c 加速_v 寿命_n 试验_vn ，_w 并_c 公开_ad 发布_v 了_u 试验_vn 数据_n ，_w 其中_r 最_d 具_Vg 代表性_n 的_u 为_v 美国_ns 辛辛那提_ns 大学_n IMS_nx 中心_n 发布_v 的_u 轴承_n 数据集_n [_w 5_m ]_w 和_c 法国_ns FEMTO_nx -_w ST_nx 研究所_n 发布_v 的_u 轴承_n 数据_n 集_Ng [_w 6_m ]_w 。_w</s><s>表_n 4_m 对_p 三_m 种_q 数据_n 集中_a 的_u 振动_vn 信号_n 进行_v 了_u 详细_a 对比_vn 。_w</s><s>由_p 表_n 4_m 可知_v ，_w IMS_nx 轴承_n 数据集_n 仅_d 在_p 转速_n 和_c 径向_n 载荷_n 均_d 为_v 恒定_vn 值_n 的_u 单一_a 工_n 况_n 下_f 获得_v ，_w 样本_n 量_n 少_a ，_w 而_c FEMTO_nx -ST_nx 轴承_n 数据集_n 缺少_v 详细_a 的_u 故障_n 位置_n 信息_n ，_w 且_c 采样_vn 时_Ng 长_a 仅_d 为_v 0.1_m s_q ，_w 频率_n 分辨率_n 较_d 低_a 。_w</s><s>上述_b 不足_v 限制_v 了_u 这些_r 数据集_n 的_u 应用_vn 范围_n 。_w</s><s>本_r 数据集_n 在_p 给出_v 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 数据_n 的_u 基础_n 上_f ，_w 提供_v 了_u 多样_m 的_u 工_n 况_Ng 类型_n ，_w 明确_ad 列出_v 了_u 各_r 失效_vn 轴承_n 的_u 故障_n 位置_n ，_w 频率_n 分辨率_n 较_d 高_a ，_w 这_r 使得_v 数据集_n 的_u 应用_vn 场景_n 得到_v 拓宽_vn ，_w 可_v 广泛_ad 用于_v 机械_n 装备_n 的_u 健康_a 监测_vn 、_w 故障_n 诊断_vn 与_c 剩余_vn 寿命_n 预测_vn 。_w</s>
<s>表_n 4_m 三_m 种_q 数据集_n 对比_vn</s>
<s>(_w 3_m )_w 为_p PHM_nx 提供_v 新鲜_a 数据_n 血液_n ，_w 助_v 推_v 智能化_vn 运维_n “_w 落地生根_v ”_w 。_w</s><s>众所周知_i ，_w 研究_v 机械_n 装备_n 的_u 故障_n 诊断_vn 与_c 剩余_vn 寿命_n 预测_vn 方法_n ，_w 特别_d 是_v 基于_p 深度_n 学习_v 理论_n 的_u 相关_vn 算法_n ，_w 需要_v 大量_m 的_u 数据_n 用于_v 训练_v ，_w 而_c 实际_n 中_f 该_r 类_n 数据_n 难以_d 获得_v ，_w 因此_c ，_w 数据_n 困局_n 在_p PHM_nx 的_u 研究_vn 中_f 尤为_d 突出_a 。_w</s><s>本_r 数据集_n 以_p 滚动_vn 轴承_n 这_r 一_m 常见_a 的_u 关键_a 机械_n 零部件_n 为_v 试验_vn 对象_n ，_w 公开_v 了_u 15_m 组_q 轴承_n 全_a 寿命_n 周期_n 振动_vn 信号_n ，_w 且_c 信号_n 采样_vn 频率_n 高_a 、_w 数据量_n 大_a 、_w 失效_vn 类型_n 丰富_a ，_w 为_p PHM_nx 技术_n 的_u 研究_vn 提供_v 了_u 数据_n 支撑_vn 。_w</s><s>除_p 可以_v 供_v 相关_vn 领域_n 学者_n 用于_v 学术_n 研究_vn 外_f ，_w 也_d 可以_v 为_p 企业_n 开展_v 滚动_vn 轴承_n 的_u 健康_an 监测_vn 提供_v 技术_n 指导_vn 。_w</s>
<s>5_m 数据_n 使用_vn 建议_n</s>
<s>(_w 1_m )_w 本_r 数据集_n 采集_v 了_u 轴承_n 从_p 正常_a 状态_n 到_p 故障_n 状态_n 的_u 振动_vn 信号_n ，_w 包含_v 单一_a 、_w 复合_vn 故障_n 等_u 多_m 种_q 失效_vn 形式_n ，_w 可_v 用于_v 研究_v 先进_a 的_u 信号_n 处理_vn 方法_n 来_v 诊断_v 滚动_vn 轴承_n 早期_f 和_c 复合_vn 故障_n 。_w</s>
<s>(_w 2_m )_w 覆盖_v 了_u 轴承_n 外圈_n 、_w 内_f 圈_n 等_u 不同_a 位置_n 的_u 故障_n 动态_n 演化_vn 过程_n ，_w 可_v 用于_v 建立_v 表征_v 滚动_vn 轴承_n 健康_a 状态_n 的_u 性能_n 指标_n ，_w 探索_v 自_d 适应_v 预警_vn 机制_n 以及_c 定量_vd 评估_v 滚动_vn 轴承_n 健康_a 状态_n 。_w</s>
<s>(_w 3_m )_w 记录_v 了_u 完整_a 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n ，_w 可_v 用于_v 探究_v 加速_vn 寿命_n 试验_vn 下_f 滚动_vn 轴承_n 的_u 退化_vn 行为_n 与_c 故障_n 动态_n 演化_vn 规律_n ，_w 以及_c 基于_p 模型_n 、_w 数据_n 驱动_vn 等_u 剩余_vn 寿命_n 预测_vn 算法_n 的_u 研究_vn 。_w</s>
<s>6_m 数据_n 下载_vn 与_c 引用_vn 格式_n</s>
<s>(_w 1_m )_w XJTU_nx -_w SY_nx 轴承_n 数据集_n 已_d 上_f 传至_v 国内外_s 各_r 大_a 主流_n 云_n 存储_vn 平台_n ，_w 实现_v 开放_v 获取_v ，_w 读者_n 可_v 通过_p 以下_f 链接_n 自行_d 下载_v 分析_v</s>
<s>http://biaowang.tech/xjtu-sy-bearing-datasets_nx</s>
<s>(_w 2_m )_w 数据_n 使用者_n 应_v 引用_v 以下_f 论文_n</s>
<s>WANG_nx Biao_nx ,_w LEI_nx Yaguo_nx ,_w LI_n Naipeng_nx ,_w et_nx al_nx ._w Ahybrid_nx prognostics_nx approach_nx for_v estimating_nx remaining_nx useful_a life_n of_v rolling_a element_nx bearings_n [_w J_nx ]_w ._w IEEETransactions_nx on_v Reliability_nx ,_w 2018_m :_w 1-12_m ._q</s>
