设备设计/诊断维修/再制造
现代制造「程（ModemManufacturingEngineering）
基于共振解调和小波分析方法的轴承
故障特征提取研究
王子玉，孔凡让
（中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，合肥230027）
2012年第1期
摘要：首先研究了共振解调和小波分析的基础理论，并结合两者应用于对轴承外和滚子的故障特征提取。该方法先从振动信号频谱中判断系统固有高频成分的大致范用，然后利用小波分解取出固有高频信号成分再利用Hilbert变换傲包络检波，最后对包络信号进行傅里叶频谱分析得出故障信号特征频率。对实际轴承故障数据的分析表明，该方法能有效地提取轴承的外圈故降特征，有一定的应用价值。但该方法不能消晰地提取出滚子故降待征，探讨了其内在原因，并提出了可能改进的措施。
关键词：共振解调；小波分析；Hilbert变换：故障特征
中图分类号：TH16文献标志码：A文章编号：1671—3133(2012)01—0117—05
Theextractionoffaultfeatureofrollingbearing-basedon
resonance demodulationandwaveletanalysis
Wang Ziyu,Kong Fangrang
(Department of Precision Machinery Instrumentation, University of Science and
Technology of China, Hefei 230027,China)
Abstract: Introduce the method of resonance demodulastion and multi-resolution analysis of wavelets, Combining both methods,try to extract fault feature of outer-ring and rollers of rolling bearings. First,estimate the natural frequencies of the system from fre queney spectrum. Second,extract high frequency ingredients from initial signal,using wavelet decompoeition. Third,using Hilbert transform, envelope the high frequency signal obtained form last step. Finally,analyze the frequency spectrum of the enveloped signal to detect the fault frequency, Experiments on fault rolling bearings show that,the method introduced can extract fault feature of outer-ring of rolling bearings efficiently,and show its application value, However,this method cannot extract fault feature of roll-
ers distinctly. Analyze the intermal reason of this,and put forward some possible methods of improvement. Key words: resonance demodulation;wavelet analysis; Hilbert transform;fault feature
0引言
滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一类
机械部件，它的运行状态是否正常往往直接影响到整台机器的性能（包括精度、可靠性及寿命）。滚动轴承是易损件，据统计，旋转机械有30%的故障是由滚动轴承引起的，对其进行故障监测和诊断一直是国内外技术领域关注的课题)。完整的轴承故障诊断过程应包含五个环节：信号测取、特征提取、状态识别、状态分析和决策干预(3)。其中，最关键、最重要和最困难的是信号特征提取。滚动轴承在运行过程中出现的故障按照其信号特征的不同可以分为两大类(3)：一类称为表面损伤类故障，如点蚀、剥落等；另一类称为
万方数据
磨损类擦伤。由于磨损不会马上引起轴承破坏，其危害性远小于表面损伤类故障。因此，本文主要讨论轴承表面损伤类故障的信号特征提取。
共振解调法
一般情况下，轴承外圈相对不动，损伤点相对传感器不动3)。传感器感受到的脉冲力大小方向不变，得到的信号和频谱较为简单。因此，本文涉及理论分析的地方均以外圈损伤为例。轴承外圈的表面损伤类故障产生的故障信号含有冲击成分。理想的瞬时脉冲力8（)为无限带宽信号，包含有任意的频率成分，必有某些成分与系统的固有频率相近，从而引起系统的固有振动。实际的冲击力能量有限，系统只能
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