小波分形技術在變速器軸承故障診斷中的應用試論

撰文/鐘鳴吳雙斌彭天樂

■1.410100 三一港口設備有限公司 湖南 長沙 2.410100 三一重工股份有限公司 湖南 長沙

?

小波分形技術在變速器軸承故障診斷中的應用試論

撰文/鐘鳴1吳雙斌2彭天樂1

■1.410100 三一港口設備有限公司 湖南 長沙 2.410100 三一重工股份有限公司 湖南 長沙

因為變速器結構復雜，在分析故障時使用常規技術很難起到效果，隨著信號處理技術的發展，小波分形等技術已在變速箱故障診斷中得到一定應用。小波分形技術；變速器；故障診斷；應用

1小波分析

原理就是依據平移和伸縮小波函數的實際性質函數族，確保函數能夠建立杉樹空間框架，依據此函數族來分析和分解信號，形成了小波函數系[1]。小波變換中也可以適當應用離散形式，且為了方便計算，對a，b進行二進制變換，形成二進制小波變換。

2分形理論

現階段，分形應用時，主要是依據分形維數來刻畫分形集，不同分形維數能夠不同程度反映集合實際復雜情況。一維離散信號的維數實際上都是處于1～2之間的分數，越復雜的信號，就存在越大的維數，在計算機中用等價于盒維數的網格維數來進行維數計算[2]。實際應用此方式時，依據離散空間點集來計算網格計點維數，盡可能詳細地把歐式空間Rn變為σ網格，分割時要等間隔，也就是依據σ為正方體邊長的n維網格，數字點集是集合X，離散空間中集合X實際計點數是Nσ，選擇不同寬度k個網格計數點Nkσ。

3小波分形技術的應用

3.1軸承振動特性

滾動軸承磨損以后，滾動體和內外圈會形成一定間隙，外圈和軸的中心不在同一點上，會不斷增加磨損程度，提高偏心率。軸承旋轉時，會繞著外圈中心擺動，使寬頻帶出現振動，且由于質量偏移和軸彎曲形成附加激勵力，會增大磨損間隙，提高激勵力，加劇設備振動。

3.2采集信號

對某型汽車變速器實施振動試驗，試驗條件是：不改變其他設備條件時，適當變更第二軸承的相關技術參數。此時，合理采集振動信號變化情況，真實反映軸承狀態變化。樣品是5個車用軸承，狀態如表一。

表一 技術狀態

為了提高試驗準確性，更換軸承時，應盡量確保不改變其他條件；完成更換后，為降低誤差，運行10米再測試振動信號。在軸承最近的變速器側面安置加速度傳感器，發動機試驗轉速1500rpm，2048采樣點數、1000Hz采樣頻率[3]。

3.3計算分形維數

因存在相對比較高的采樣頻率，在實際分析軸承時，主要研究低頻特征。旋轉頻率為25Hz，依據旋轉頻率來展現軸承磨損的程度，在振動信號低頻位置體現故障特征。依據小波分解的特點來有效地分解低頻信號，忽略高頻信號，時域重構分解以后的隔層低頻帶，依據網格維數方式來來合理計算軸承實際網格維數。分形維數分析五層小波分解后低頻信號以及原始振動信號[4]。

從表二中發現，由于不斷增加小波分解層數，會降低低頻重構信號點數，會先提高后降低網格維數。存在相應數目點數時，因具備較少的信號重構點數，出現不穩定的網格維數，不能實際反映幾何特點。相較3號軸承來說，4號軸承具備相對較大的分形維數，主要由于4號軸承表面出現輕微剝落情況，從而增加振動作用。軸承軸向間隙與加速度原始振動信號分形維數息息相關，提高的軸承間隙，會增加分形維數，此外，在分形維數重構信號中明顯體現軸向間隙的增加。

表二 網格維數

4結束語

總之，用變速器振動信號分形維數分析特定頻率帶后的數據能夠作為基本診斷特征量，可以更加有效地反應變速器軸承實際情況。

參考文獻：

[1]肖云魁，程廣濤，孫東江等.基于小波分形技術提取變速器軸承故障特征[J].科學技術與工程，2010，7(20):5282-5285，5326.

[2]曹宗保.小波分形技術在變速器故障診斷中的應用[J].汽車維修，2011(2):3-5.

[3]訾艷陽，何正嘉，張周鎖等.小波分形技術及其在非平穩故障診斷中的應用[J].西安交通大學學報，2011，34(9):82-87.

[4]史麗晨，段志善.基于小波分形技術的隔膜泵磨損故障診斷研究[J].機械強度，2012，34(1):13-19.