基于小波分析和共振解调的故障诊断技术[外文翻译].rar

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基于小波分析和共振解调的故障诊断技术

周峰兴 程耿国 周军 梁伟
武汉科技大学

摘要：脉冲信号由一些诸如齿轮和轴承等关键零部件的故障信号引起，对于设备诊断来说，提取微弱的冲击信号是一个重要的方法。本文将给出一个基于共振解调的数学模型。该模型给出了怎样从正常的低频信号中提取微弱冲击信号的理论基础。与此同时，本文还介绍了另外一种用小波分析提取微弱冲击信号的方法。通过仿真和应用实践表明，小波分析和共振解调技术对于从由齿轮和轴承引起的机械故障中提取微弱冲击信号具有良好的效果。
关键词： 小波分析 共振解调 故障诊断
Ⅰ 绪论
对振动信号的分析是一种应用于机械设备故障诊断的关键技术，此技术在从有用信号分离出干扰信号中发挥着重要作用，且指出了发生故障的特征及其发展趋势。对于故障症状，其一显著特征就是脉冲信号是由振动信号引起的，一些关键零部件，如齿轮和轴承，都具有这种特性。提取微弱冲击信号对于设备的诊断来讲是一个重要的步骤。而小波分析和共振解调技术的应用可以有效地解决这一问题。
Ⅱ 特征频率的计算
举例来说，滚动轴承的外圈固定，支撑着滚珠做纯滚动运动，如果将此系统看作行星齿轮，则有轴承内圈的与滚珠切点A的切向速度与接触面A的切向速度相等，为 ：

其中：D表示内圈与滚珠切点A所在圆面的圆周直径；
Do表示中心半径；
d 表示轴承球面半径；
f o 表示轴承内圈的旋转频率；
因为外圈固定，所以外圈每个点的切向速度都为0，以瞬时中心C计算，C表示滚珠与外圈的切点。因此，滚珠和固定框架中心线速度应该为 ：

因此，相对于外环，固定框架的旋转频率为：

因为固定框架的相对旋转频率与围绕O点的滚圈的旋转频率相同，则如果轴承外圈发生故障，那么引起的脉冲频率应该是：

方程（4）给出了当轴承外圈发生故障时，特征频率的理论计算方法。
其中：D0轴承截面直径；
d表示滚珠直径；
z表示滚珠数量；
n表示滚轴转速；
从频谱图查看相关频率fc，便可查出轴承外圈所发生故障的类型。
当外圈或滚球发生点蚀和剥蚀等故障时，外圈与滚珠间的碰撞在振动信号中表现为脉冲信号。此脉冲是周期性的受迫振动信号，在轴承外部破裂时，其周期为特征频率的倒数。一般情况下，由冲击脉冲引起的受迫振动信号的频率很高，一般在25kHz以上，但是受迫信号非常微弱，其频宽低于1us，振幅为0，和机械振动重量的总和一样为10g，而小脉冲信号只有0.01g。这与强度大的正常低频振动有所不同，小脉冲信号是由其引起的。这是一个正常信号引发瞬时异常信号的典型案例。怎样从正常的低频振动中提取小脉冲信号是一个重要任务。由此这里将用到共振解调与小波分析技术。