對裝甲車變速箱滾動軸承故障分析

范江波

【摘 要】對于裝甲車變速箱軸承，故障的及時以及準確診斷十分關鍵，因此，為了實現這一問題的有效解決，以剛柔耦合動力學仿真技術為主要理論基礎，滿足裝甲車變速箱軸承故障診斷的需求。為此，要結合軸承雙擊理論，參考裝甲車變速箱軸承相關參數，形成軸承剛柔耦合動力學模型，最滿足差異化軸承外圈故障的仿真要求，達到對故障特征的準確剖析，收集不同振動信號所產生的時頻特征，促使整個模擬過程更具真實，仿真效果更具明顯，滿足可行性與準確性的標準。另外，針對裝甲車所面臨的強大沖擊，需要以此為標準，形成變速箱實驗平臺，以小波包分解法為手段，分析包洛譜信息價值，提升故障診斷水平，從而實現對變速箱軸承故障的動態掌控，為裝甲車安全運行提供堅實保障。

【關鍵詞】裝甲車；變速箱；滾動軸承；故障

對于裝甲車運行，需要面對復雜的工況，極具惡劣性。變速箱故障之所以具有研究價值，主要原因是其強大影響力。為此，要對其給予高度重視，及時發現問題，在根本上保證裝甲車的穩定與安全運行。

一、裝甲車軸承故障定位診斷系統類型介紹

首先，對于軸承-軸承座有限元模型，能夠借助仿真模式，實現對振動測點整體狀況優化與完善的目的。其次，對于有限元仿真方式，能夠以載荷為基礎條件，對軸承外圈故障進行響應診斷，形成模型，能夠明確非平衡荷載條件下，軸承滾動體對外圈形成的實際沖擊荷載值。再次，有限元方式以沖擊荷載為依據，探討轉子軸承系統實際響應狀態。第四，以軸承徑向為參考值，結合轉速，依托ANSYS/LA-DYNA，掌握滾動軸承動力學的高效仿真，形成軸承動態響應圖。第五，依靠LS-DYNA仿真，分析軸承滾動體與滾道直接的接觸力，達到對振動效應實際情況的掌握，與此同時，明確滾動體進入缺陷以及離開缺陷時間點滾動體和滾動道之間接觸力的實際變化狀態。第六，依托ADAMS平臺，分析了高速圓柱滾子軸承，探討了差異化保持架引導模式下高速圓柱滾子軸承動態響應原則與規律。

在新的發展階段，要將軸承故障機理分析工作作為重點，明確主要特征，采取定量分析的模式，充分發揮ADAMS軸承剛柔耦合動力學模型的實用價值，保證仿真的有效性。

二、基于專業角度對軸承雙沖擊理論的闡述

一旦軸承外圈出現異常，發生故障，故障規模會直接影響振動響應。在故障最初形成階段，其產生的變化不大，影響較小，同時，響應信號集中體現為單沖擊，隨著故障程度的不斷增強，在達到某一值，此時滾動體出現問題，隨即發生第一次沖擊。隨后，在故障不斷加劇的過程中，出現第二次沖擊，此時，軸承故障信號不在維持不變，體現為雙沖擊。不同程度的故障表現為差異化的響應。立足雙沖擊時段，時域信號在間隔方面更顯多樣性。從本質上講，沖擊間隔與故障大小以及寬度息息相關。通過分析可以發現，雙擊時間與故障寬度呈現正比例關系，需要結合雙擊時間，明確故障程度，達到軸承故障大小的準確定量與診斷。

三、依托ADAMS對滾動軸承動力學仿真的探討

1.以Solidworks為基礎完成滾動軸承三維實體的建模

為了進行故障的深入研究，需要依托Solidworks軟件進行操作，設計四種故障，選取不同故障寬度的軸承外圈以及正常內圈，聯合維護架與滾動體，形成三維模型。具體講，需要對外圈故障寬度進行事先設置，確定為0.5mm，同時，將軸承外圈故障大小設計為0.5mm，2mm，3.5mm以及5mm，結合這四種不同故障規格，形成對應故障類型，實現了不同尺寸外圈故障軸承導入ADAMS系統的目的。在隨后的操作中，以尺寸為依據，實施柔性化操作，將其置于ANSYS之中，實現柔性外圈對剛性外圈的替代，形成包含外圈故障的剛性耦合模型。

2.對仿真的綜合分析與研究

立足仿真研究，ADAMS的自帶差值的使用具有必然性，將其優勢與作用有效發揮在軸承外圈加速度時域信號圖的處理環節中，將數字導入Matlab，后期差異化故障條件下的軸承外圈頻譜圖，還囊括包絡圖以及時域局部放大圖。根據時域圖，能夠確定沖擊的周期性特點。同時，包洛解調譜肯定了外圈故障特征的頻率性，凸顯較強的倍頻成分。如果外圈故障級別處于0.5mm的范圍，那么，故障單沖擊脈沖體現在時域放大圖中，在故障不斷擴大的形勢下，雙沖擊也會隨即出現，凸顯脈沖間隔與故障寬度的關系，二者呈現正比例關系。由此可見，故障軸承時域信號圖的作用是表達雙沖擊時間間隔與軸承尺寸，保證故障定位的高效性。

3.實驗結果總結

為了實現對仿真效果的考驗，需要依托電火花加工方式，對外圈故障進行程度劃分，一般設置為四個差異化的大小，構建矩形故障區域，聯合保持架、滾動體以及內圈，形成四肢不同外圈故障大小的軸承，在此基礎上，收集四種加速振動響應信號，得到相應的頻譜圖、包絡圖以及時域局部放大圖。實驗證明，仿真結果與實驗結果具有一致性。如果故障處于0.5mm階段，振動響應信號的時域圖只能體現為單沖擊，雙沖擊不存在發生的條件。在故障尺寸不對增大的過程中，也就是達到2mm、3.5mm以及5mm的時候，振動響應信號中就會出現雙擊現象，同時，結合不同故障時域放大圖，能夠明確雙沖擊時間間隔，這一數據印證了理論計算的準確性，對仿真結果給予肯定。

四、基于強沖擊環境對變速箱滾動軸承故障診斷的探討

1.加強沖擊環境變速箱滾動軸承故障診斷分析的背景

對于裝甲車而言，其運行環境復雜，條件惡劣，很容易遭到強大沖擊，滾動軸承發生故障，同時，這種故障會產生較大的影響力?；诖?，要以強沖擊為條件，對變速箱滾動軸承故障診斷問題進行系統分析，以便能夠在最短時間內發現問題，給予更換，避免事故的發生，在根本上保證變速箱以及裝甲車的穩定運行。

2.強沖擊條件下變速箱滾動軸承故障診斷方法

變速箱振動信號穩定性不強，同時是非線性狀態，需要面對調制問題。在傳統診斷中，與頻域法為主要手段，滯后性嚴重，無法實現對強沖擊環境下下變速箱滾動軸承故障特征的準確提取?；诖耍〔ò治龇ㄒ肫渲校軌驅崿F對低頻與高頻信號的同時分解，滿足非平穩信號分析處理要求。具體講，在滾動軸承出現故障的時候，降低某些頻段能量，與此同時，造成另外一些頻段信號能量的增加。由此可見，可以依托能量法確定故障范圍。變換法主要作用是對調制信號進行有效調節，實現低頻故障與高頻故障特征的分離。同時，以小波包分析法為主要方式，對負載擾動背景下的變頻調速系統的故進行診斷，從而明確負載變化與信號特征的實際關系。在應用小波包-包洛譜分析的施工，能夠實現對軸承外圈故障頻率的準確提取，掌握滾動體的故障特征。

3.小波包-包洛譜分析法介紹

對于小波包分析法，其小波分析為手段，能夠滿足分解的精細化，保證重構的合理性，達到高頻與低頻的分解要求。同時，能夠采取自適應的手段，對頻段進行合理選擇，保證彼此之間的適應性，切實提升視頻分辨率。對于Hilbert變換，主要體現的是對時域信號絕對值的包洛，可以從信號中進行調制信號的提取，達到對調制變換的分析，凸顯故障特征提取。

五、結束語

綜上，鑒于裝甲車運行環境的復雜，其故障問題不容忽視，尤其是要結合裝甲車變速箱軸承相關參數，發揮ADAMS軸承剛性耦合動力學模式的作用，雙沖擊理論進行深入分析，結合不同規格的軸承外圈故障，在對振動相應信號進行分析的前提下，對雙擊現象進行探討，借助差異化的時間間隔，判定軸承外圈故障寬度，達到對軸承外圈故障的精準定位與診斷，為裝甲車安全、可靠運行提供保障。

【參考文獻】

[1]何雷.基于局部均值分解和證據理論的變速箱故障診斷研究[D].中南大學，2014.

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