白洪堂++石峰++張占東

（沈陽航空航天大學(xué) 遼寧 沈陽 110103）

【摘要】針對滾動軸承故障識別提出一種小波變換與包絡(luò)譜分析相結(jié)合的方法，對產(chǎn)生的振動信號進行分析。結(jié)果表明小波包絡(luò)分析能夠很好地識別出軸承故障信息，證明了該方法能夠有效地診斷出滾動軸承故障。

【關(guān)鍵詞】滾動軸承 小波變換 故障診斷

滾動軸承是各種旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最廣泛的機械部件，它的運行狀態(tài)往往直接影響響整機的性能。很多傳統(tǒng)信號分析方法比如Fourier變換是一種對全局的變換，表達不出信號的時頻局域性質(zhì)，不能很好地分析非平穩(wěn)信號。隨著小波理論的發(fā)展，小波分析已越來越多地應(yīng)用于故障診斷，信息監(jiān)測等領(lǐng)域。

本文的主要研究內(nèi)容是以滾動軸承故障模擬試驗臺為載體，對采集到的振動信號進行小波包絡(luò)譜分析。結(jié)果小波包絡(luò)譜分析能很好地診斷出軸承故障，證明了該方法的有效性。

一、小波變換的基本原理

小波變換是對一個函數(shù)在空間和時間上進行局部化的一種數(shù)學(xué)變換，通過平移母小波獲得信號的時間信息，通過縮放母小波的尺度獲得信號的頻率特性。平移和縮放母小波能夠計算出小波的系數(shù)，而這些系數(shù)則代表了局部信號和小波之間的關(guān)系。

（一）連續(xù)小波變換（CWT）

二、滾動軸承故障振測試

滾動軸承故障模擬實驗臺使用PCB加速度傳感器采集振動信號，安裝在前后軸承座的X、Y、Z三個方向的四個位置上。試驗裝置利用伺服電機提供動力輸出精確轉(zhuǎn)速。

三、數(shù)據(jù)處理與故障診斷

滾動軸承常見的失效方式主要有磨損、腐蝕、疲勞、塑性變形、壓痕、斷裂、保持架損壞和膠合等。軸承工作表面若出現(xiàn)局部缺陷，當(dāng)軸承轉(zhuǎn)動時則會產(chǎn)生一系列的寬帶沖擊，這就是所謂的軸承故障頻率（也叫通過頻率），監(jiān)測滾動軸承的振動故障信號便是檢測該頻率。其計算公式如下：

其中，Dc是節(jié)圓直徑，Db是滾動體直徑，θ是角接觸角，z為滾動體個數(shù)，fr為軸的轉(zhuǎn)頻。

外圈故障診斷：對外環(huán)卡傷故障軸承進行的試驗在轉(zhuǎn)速為fr=100r/min時的分析結(jié)果如圖2所示。根據(jù)式（10）計算得外圈故障特征頻率為：fb=26HZ。對在故障軸承的垂直處所測得數(shù)據(jù)進行包絡(luò)分析與小波分析，其中分辨率為0.5Hz。對振動信號進行小波分析，其中第3、4層分解包絡(luò)圖如圖2所示。在圖中可以很明顯的看出在25.8Hz處的峰值非常高，且與理論故障頻率值的誤差也在允許的范圍內(nèi)，故可以判斷圖2中反映的是外環(huán)卡傷故障。

四、結(jié)論

在故障軸承測試的過程當(dāng)中，所測得的信號屬于非平穩(wěn)信號，并且由于實驗裝備以及外部環(huán)境的干擾，使得測得的振動信號信噪比低。小波降噪能夠很好地提高信噪比以及有效地提取主軸承故障的特征信息；同時小波變換將信號進行多層分解并重構(gòu)，提高了分辨能力。通過在實驗臺上對滾動軸承進行測試，分析滾動軸承的振動信號，并利用小波包絡(luò)譜分析對數(shù)據(jù)進行有效處理，實驗結(jié)果與理論計算相吻合，很好的識別出滾動軸承的外圈故障。這為滾動軸承故障診斷提供了重要的依據(jù)。

參考文獻：

[1]韓磊，洪杰，王冬. 基于小波包分析的航空發(fā)動機軸承故障診斷[J].推進技術(shù)，2009，（3）.

[2]梁先芽，沙云東，欒孝馳等. 基于包絡(luò)譜分析的航空發(fā)動機主軸軸承故障診斷[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報，2013，（4）.

[3]余光偉，鄭敏，雷子恒等. 小波變換在滾動軸承故障分析中的應(yīng)用[J].軸承，2011.

[4]劉德林，姜濤，何玉懷等. 淺論國內(nèi)航空軸承的失效問題[J].失效分析與預(yù)防，2015，（5）.

[5]劉宗政，陳懇，陳振華等. 滾動軸承的振動特性分析及典型故障診斷[J].機械設(shè)計與制造，2009，（3）.