附件C：譯文


基于小波分析和共振解調的故障診斷技術

周峰興 程耿國 周軍 梁偉
武漢科技大學

摘要：脈沖信號由一些諸如齒輪和軸承等關鍵零部件的故障信號引起，對于設備診斷來說，提取微弱的沖擊信號是一個重要的方法。本文將給出一個基于共振解調的數(shù)學模型。該模型給出了怎樣從正常的低頻信號中提取微弱沖擊信號的理論基礎。與此同時，本文還介紹了另外一種用小波分析提取微弱沖擊信號的方法。通過仿真和應用實踐表明，小波分析和共振解調技術對于從由齒輪和軸承引起的機械故障中提取微弱沖擊信號具有良好的效果。
關鍵詞： 小波分析 共振解調 故障診斷
Ⅰ 緒論
對振動信號的分析是一種應用于機械設備故障診斷的關鍵技術，此技術在從有用信號分離出干擾信號中發(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。對于故障癥狀，其一顯著特征就是脈沖信號是由振動信號引起的，一些關鍵零部件，如齒輪和軸承，都具有這種特性。提取微弱沖擊信號對于設備的診斷來講是一個重要的步驟。而小波分析和共振解調技術的應用可以有效地解決這一問題。
Ⅱ 特征頻率的計算
舉例來說，滾動軸承的外圈固定，支撐著滾珠做純滾動運動，如果將此系統(tǒng)看作行星齒輪，則有軸承內圈的與滾珠切點A的切向速度與接觸面A的切向速度相等，為 ：

其中：D表示內圈與滾珠切點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 表示軸承內圈的旋轉頻率；
因為外圈固定，所以外圈每個點的切向速度都為0，以瞬時中心C計算，C表示滾珠與外圈的切點。因此，滾珠和固定框架中心線速度應該為 ：

因此，相對于外環(huán)，固定框架的旋轉頻率為：

因為固定框架的相對旋轉頻率與圍繞O點的滾圈的旋轉頻率相同，則如果軸承外圈發(fā)生故障，那么引起的脈沖頻率應該是：

方程（4）給出了當軸承外圈發(fā)生故障時，特征頻率的理論計算方法。
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表示滾軸轉速；
從頻譜圖查看相關頻率fc，便可查出軸承外圈所發(fā)生故障的類型。
當外圈或滾球發(fā)生點蝕和剝蝕等故障時，外圈與滾珠間的碰撞在振動信號中表現(xiàn)為脈沖信號。此脈沖是周期性的受迫振動信號，在軸承外部破裂時，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信號的頻率很高，一般在25kHz以上，但是受迫信號非常微弱，其頻寬低于1us，振幅為0，和機械振動重量的總和一樣為10g，而小脈沖信號只有0.01g。這與強度大的正常低頻振動有所不同，小脈沖信號是由其引起的。這是一個正常信號引發(fā)瞬時異常信號的典型案例。怎樣從正常的低頻振動中提取小脈沖信號是一個重要任務。由此這里將用到共振解調與小波分析技術。