与无干扰环境和稳态工况相比,变工况和背景噪声下的滚动轴承振动信号是十分复杂的。变转速、不同载荷、强噪声等因素会导致振动信号出现变幅、变相、变频等不平稳状态,使其故障特征难以提取。而传统机械故障诊断对复杂工况和噪声下的故障诊断作用较差,具有不稳定性。对变工况和背景噪声下的滚动轴承振动信号分析是当前国内外研究的热点,具有很大的意义。针对以上不同工况和噪声下故障诊断难题,本学位论文提出基于时间序列挖掘的方法针对变工况和背景噪声下的故障响应同源相似性进行研究。本文主要研究了故障滚动轴承振动时间序列的表征方式和相似性度量方法,利用同源故障响应之间相似性高的特征,使用同源和非同源故障时间序列对同源相似性分析方案进行筛选和总结。针对变转速、不同载荷、外圈故障位置不同和背景噪声等四种情况下的实验数据进行同源相似性分析。具体研究内容如下:(1)研究了不同时间序列表征方式针对外圈、滚动体、内圈故障滚动轴承数据进行时间序列表征的特性。总结了二次FFT、相空间重构、倒频谱和分段线性表示方式的优缺点。研究了不同相似性度量方法对简单时间序列进行相似性度量的特性。论述了欧氏距离、JS散度、符号化距离、余弦距离和动态时间弯曲的优缺点。(2)使用同源相似性分析方案对西储大学外圈故障直径不等滚动轴承实验数据对进行分析,研究并总结不同方案的有效性以及各自特点。得到二次FFT结合JS散度以及二次FFT结合DTW为其中最佳方案。使用较优方案对外圈、滚动体和内圈故障滚动轴承实验数据进行验证。(3)针对变工况的背景噪声下机械振动信号分析困难的难题,使用实验数据、Case Western Reserve University数据和白噪声信号进行变转速、不同载荷、不同信噪比和不同外圈故障位置等因素对故障响应同源相似性分析影响的研究。结果表明二次FFT结合JS散度方案在转速变大的情况下分辨性依然稳定,对比下具有优势。在载荷不同的实验中,二次FFT结合DTW的分辨能力更好,较为有效。在信噪比不同的实验分析中,噪声越强,二次FFT结合JS散度方案受噪声扰动的越严重,而二次FFT结合DTW的效果更稳定。对外圈位置不同实验数据进行分析发现在12点钟位置同源相似性最高,6点钟同源相似性最低。图65幅,表26个,参考文献62篇。