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滚动轴承是大型机械设备的重要部件，其工作状态关系到整个机械设备的正常运转。现阶段，轴承的故障诊断研究仅仅是针对轴承有无故障的判断和故障类型的识别。机械设备日趋智能化和精密化，对轴承故障的尺寸进行诊断分析也愈加紧迫。 本课题重点关注故障轴承振动响应的定量机理分析和不同故障尺寸的定量特征分类分析方法及对应的故障特征提取方法在轴承故障定量分析中的应用效果，主要分为以下几部分内容: (1)针对目前轴承缺陷尺寸难以定量诊断的问题，重点从轴承机理的角度研究了含故障情况下的轴承多冲击振动响应机制。探讨了不同故障尺寸对于故障响应冲击形式的影响，验证了通过时域冲击响应进行轴承定量分析的可行性。 (2)基于轴承故障响应机理，考虑滚动体的变形，建立了多自由度含故障轴承非线性动力学模型。通过求解模型，得到了含故障轴承的多冲击振动响应，获得了滚动轴承外圈的接触力和滚动体的运动轨迹。根据振动响应，分析了轴承在含故障情况下的运动特性，实验验证了轴承动力学模型的正确性。 (3)在建立的轴承动力学模型的基础上，仿真不同长度和不同深度故障的轴承振动响应。不同故障尺寸的轴承振动响应表现为不同的冲击响应形式，根据响应形式将轴承故障分为了小尺寸故障、中等尺寸故障和大尺寸故障。总结了对应不同故障尺寸的轴承故障长度和深度计算公式，建立了轴承故障尺寸和响应冲击时间的关系，实现了轴承故障的定量分析。仿真信号和实验信号验证了理论计算公式的有效性。 (4)基于提出的轴承故障定量诊断机理，采用多重复合冲击字典匹配追踪的轴承故障定量特征提取方法对轴承定量特征进行有效的提取。首先，根据故障响应冲击信号构造了多重复合冲击原子库，采用该原子库的匹配追踪方法分别提取染噪后的仿真信号和实验信号。提取结果验证了提出的故障特征提取方法的有效性，从而有效的验证了文中提出的轴承故障定量诊断方法的有效性。