基于分形--小波的低速軸承磨損故障物理特征研究.pdf

1、低速旋轉機械廣泛應用于風力發(fā)電、制藥、污水處理、石油化工、冶金和造紙等行業(yè),隨著設備不斷大型化、復雜化、自動化和連續(xù)化,低速機械的故障和失效給整個生產(chǎn)和社會造成的損失越來越大,特別是低速軸承由于長期磨損所帶來的故障后果將嚴重影響設備的正常運行,從而造成巨大的經(jīng)濟損失和重大社會影響。
　　 由于低速軸承一般受連續(xù)重載,傳統(tǒng)測量儀器無法檢測軸承的工作頻率,導致低速軸承磨損甚至失效后的特征不易被發(fā)現(xiàn)。本文針對上述低速軸承磨損故障特征難

2、以捕捉和提取的問題,應用新的測量技術和信號處理方法捕捉,分析低速軸承磨損時的受力情況,研究金屬磨粒的物理特性和幾何特征,通過這種從宏觀到微觀的全面診斷和識別低速軸承磨損的方法,才能夠高效、準確地發(fā)現(xiàn)設備中存在的早期磨損故障,防止故障演化并提高設備使用效率。
　　 本文以高頻應力波信號作為特征參量,采集低速旋轉機械故障信號,解決振動和聲發(fā)射信號在低速情況下的局限性問題。研究發(fā)現(xiàn),摩擦所產(chǎn)生應力波主要以瑞利波形式以聲速傳播但與轉速無

3、關,由于磨損發(fā)生機理不同,所產(chǎn)生的應力波傳播方式和物理特性都不同,為分析低速軸承磨損故障的受力和提取故障特征奠定基礎。
　　 建立了低速滾動軸承實體模型,應用有限元方法對完好滾動軸承和磨損滾動軸承分別計算載荷作用下應力應變規(guī)律。計算結果證明,低速磨損軸承的外滾道表面應力值及其應變值都將發(fā)生改變,離磨損處越遠外滾道表面應力及其應變數(shù)值變化就越小。內圈故障對外滾道表面應力及其應變分布規(guī)律影響最小,滾子故障次之,外圈故障最大,傳感器的

4、安裝位置應使其接收方向指向滾道的負荷方向,并且盡可能減少軸承與傳感器之間的界面。
　　 采用傅立葉變換對故障應力波信號進行了分析,但從經(jīng)過傅立葉變換后的頻譜圖中得不到故障特征頻率,從而證明用傅立葉的方法對故障應力波信號進行處理是行不通的。在對幾種小波基函數(shù)對應力波脈沖信號的相似程度進行比較的基礎上,選擇Db10小波及函數(shù)對故障應力波信號進行處理,對應力波信號進行了多尺度分解,將含有應力波成分的D3和D4層進行了信號重構,從信號重

5、構波形上成功提取了信號故障特征頻率,從而證明了小波分析的應力波法適用低速滾動軸承故障診斷。
　　 分析低速軸承的潤滑狀況對分析磨損故障十分重要。在分形理論的基礎上,本文對含油低速軸承進行動靜負載運轉試驗、表面形貌測試實驗和振動測試等大量實驗,對含油軸承表面形貌和振動性能的分形特征、分形表征、分形參數(shù)計算等進行了研究和計算。研究結果表明不同摩擦階段振動信號的關聯(lián)維數(shù)隨運轉時間逐漸增大。提出分形和混沌的圖像識別方法,認為當?shù)退佥S承發(fā)