附件C：譯文


基于小波分析和共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)

周峰興 程耿國 周軍 梁偉
武漢科技大學(xué)

摘要：脈沖信號(hào)由一些諸如齒輪和軸承等關(guān)鍵零部件的故障信號(hào)引起，對(duì)于設(shè)備診斷來說，提取微弱的沖擊信號(hào)是一個(gè)重要的方法。本文將給出一個(gè)基于共振解調(diào)的數(shù)學(xué)模型。該模型給出了怎樣從正常的低頻信號(hào)中提取微弱沖擊信號(hào)的理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，本文還介紹了另外一種用小波分析提取微弱沖擊信號(hào)的方法。通過仿真和應(yīng)用實(shí)踐表明，小波分析和共振解調(diào)技術(shù)對(duì)于從由齒輪和軸承引起的機(jī)械故障中提取微弱沖擊信號(hào)具有良好的效果。
關(guān)鍵詞： 小波分析 共振解調(diào) 故障診斷
Ⅰ 緒論
對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析是一種應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)，此技術(shù)在從有用信號(hào)分離出干擾信號(hào)中發(fā)揮著重要作用，且指出了發(fā)生故障的特征及其發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于故障癥狀，其一顯著特征就是脈沖信號(hào)是由振動(dòng)信號(hào)引起的，一些關(guān)鍵零部件，如齒輪和軸承，都具有這種特性。提取微弱沖擊信號(hào)對(duì)于設(shè)備的診斷來講是一個(gè)重要的步驟。而小波分析和共振解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用可以有效地解決這一問題。
Ⅱ 特征頻率的計(jì)算
舉例來說，滾動(dòng)軸承的外圈固定，支撐著滾珠做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如果將此系統(tǒng)看作行星齒輪，則有軸承內(nèi)圈的與滾珠切點(diǎn)A的切向速度與接觸面A的切向速度相等，為 ：

其中：D表示內(nèi)圈與滾珠切點(diǎn)A所在圓面的圓周直徑；
Do表示中心半徑；
d 表示軸承球面半徑；
f o 表示軸承內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)頻率；
因?yàn)橥馊潭?，所以外圈每個(gè)點(diǎn)的切向速度都為0，以瞬時(shí)中心C計(jì)算，C表示滾珠與外圈的切點(diǎn)。因此，滾珠和固定框架中心線速度應(yīng)該為 ：

因此，相對(duì)于外環(huán)，固定框架的旋轉(zhuǎn)頻率為：

因?yàn)楣潭蚣艿南鄬?duì)旋轉(zhuǎn)頻率與圍繞O點(diǎn)的滾圈的旋轉(zhuǎn)頻率相同，則如果軸承外圈發(fā)生故障，那么引起的脈沖頻率應(yīng)該是：

方程（4）給出了當(dāng)軸承外圈發(fā)生故障時(shí)，特征頻率的理論計(jì)算方法。
其中：D0軸承截面直徑；
d表示滾珠直徑；
z表示滾珠數(shù)量；
n表示滾軸轉(zhuǎn)速；
從頻譜圖查看相關(guān)頻率fc，便可查出軸承外圈所發(fā)生故障的類型。
當(dāng)外圈或滾球發(fā)生點(diǎn)蝕和剝蝕等故障時(shí)，外圈與滾珠間的碰撞在振動(dòng)信號(hào)中表現(xiàn)為脈沖信號(hào)。此脈沖是周期性的受迫振動(dòng)信號(hào)，在軸承外部破裂時(shí)，其周期為特征頻率的倒數(shù)。一般情況下，由沖擊脈沖引起的受迫振動(dòng)信號(hào)的頻率很高，一般在25kHz以上，但是受迫信號(hào)非常微弱，其頻寬低于1us，振幅為0，和機(jī)械振動(dòng)重量的總和一樣為10g，而小脈沖信號(hào)只有0.01g。這與強(qiáng)度大的正常低頻振動(dòng)有所不同，小脈沖信號(hào)是由其引起的。這是一個(gè)正常信號(hào)引發(fā)瞬時(shí)異常信號(hào)的典型案例。怎樣從正常的低頻振動(dòng)中提取小脈沖信號(hào)是一個(gè)重要任務(wù)。由此這里將用到共振解調(diào)與小波分析技術(shù)。