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(zhuǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用于風(fēng)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(shè)備不斷大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化和連續(xù)化,低速機(jī)械的故障和失效給整個(gè)生產(chǎn)和社會(huì)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(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和重大社會(huì)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(dǎo)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(yīng)用新的測量技術(shù)和信號處理方法捕捉,分析低速軸承磨損時(shí)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(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的早期磨損故障,防止故障演化并提高設(shè)備使用效率。
　　 本文以高頻應(yīng)力波信號作為特征參量,采集低速旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障信號,解決振動(dòng)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(yīng)力波主要以瑞利波形式以聲速傳播但與轉(zhuǎn)速無

3、關(guān),由于磨損發(fā)生機(jī)理不同,所產(chǎn)生的應(yīng)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(chǔ)。
　　 建立了低速滾動(dòng)軸承實(shí)體模型,應(yīng)用有限元方法對完好滾動(dòng)軸承和磨損滾動(dòng)軸承分別計(jì)算載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。計(jì)算結(jié)果證明,低速磨損軸承的外滾道表面應(yīng)力值及其應(yīng)變值都將發(fā)生改變,離磨損處越遠(yuǎn)外滾道表面應(yīng)力及其應(yīng)變數(shù)值變化就越小。內(nèi)圈故障對外滾道表面應(yīng)力及其應(yīng)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(yīng)使其接收方向指向滾道的負(fù)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(yīng)力波信號進(jìn)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(yīng)力波信號進(jìn)行處理是行不通的。在對幾種小波基函數(shù)對應(yīng)力波脈沖信號的相似程度進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上,選擇Db10小波及函數(shù)對故障應(yīng)力波信號進(jìn)行處理,對應(yīng)力波信號進(jìn)行了多尺度分解,將含有應(yīng)力波成分的D3和D4層進(jìn)行了信號重構(gòu),從信號重

5、構(gòu)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(yīng)力波法適用低速滾動(dòng)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(chǔ)上,本文對含油低速軸承進(jìn)行動(dòng)靜負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、表面形貌測試實(shí)驗(yàn)和振動(dòng)測試等大量實(shí)驗(yàn),對含油軸承表面形貌和振動(dòng)性能的分形特征、分形表征、分形參數(shù)計(jì)算等進(jìn)行了研究和計(jì)算。研究結(jié)果表明不同摩擦階段振動(dòng)信號的關(guān)聯(lián)維數(shù)隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間逐漸增大。提出分形和混沌的圖像識別方法,認(rèn)為當(dāng)?shù)退佥S承發(fā)