小波分形技术在变速器轴承故障诊断中的应用试论

2016-06-12撰文钟鸣吴双斌彭天乐

中国机械 2016年2期

关键词：波分维数分形

撰文/钟鸣吴双斌彭天乐

■1.410100 三一港口设备有限公司湖南长沙 2.410100 三一重工股份有限公司湖南长沙

小波分形技术在变速器轴承故障诊断中的应用试论

撰文/钟鸣1吴双斌2彭天乐1

■1.410100 三一港口设备有限公司湖南长沙 2.410100 三一重工股份有限公司湖南长沙

因为变速器结构复杂，在分析故障时使用常规技术很难起到效果，随着信号处理技术的发展，小波分形等技术已在变速箱故障诊断中得到一定应用。小波分形技术；变速器；故障诊断；应用

1小波分析

原理就是依据平移和伸缩小波函数的实际性质函数族，确保函数能够建立杉树空间框架，依据此函数族来分析和分解信号，形成了小波函数系[1]。小波变换中也可以适当应用离散形式，且为了方便计算，对a，b进行二进制变换，形成二进制小波变换。

2分形理论

现阶段，分形应用时，主要是依据分形维数来刻画分形集，不同分形维数能够不同程度反映集合实际复杂情况。一维离散信号的维数实际上都是处于1～2之间的分数，越复杂的信号，就存在越大的维数，在计算机中用等价于盒维数的网格维数来进行维数计算[2]。实际应用此方式时，依据离散空间点集来计算网格计点维数，尽可能详细地把欧式空间Rn变为σ网格，分割时要等间隔，也就是依据σ为正方体边长的n维网格，数字点集是集合X，离散空间中集合X实际计点数是Nσ，选择不同宽度k个网格计数点Nkσ。

3小波分形技术的应用

3.1轴承振动特性

滚动轴承磨损以后，滚动体和内外圈会形成一定间隙，外圈和轴的中心不在同一点上，会不断增加磨损程度，提高偏心率。轴承旋转时，会绕着外圈中心摆动，使宽频带出现振动，且由于质量偏移和轴弯曲形成附加激励力，会增大磨损间隙，提高激励力，加剧设备振动。

3.2采集信号

对某型汽车变速器实施振动试验，试验条件是：不改变其他设备条件时，适当变更第二轴承的相关技术参数。此时，合理采集振动信号变化情况，真实反映轴承状态变化。样品是5个车用轴承，状态如表一。

表一技术状态

为了提高试验准确性，更换轴承时，应尽量确保不改变其他条件；完成更换后，为降低误差，运行10米再测试振动信号。在轴承最近的变速器侧面安置加速度传感器，发动机试验转速1500rpm，2048采样点数、1000Hz采样频率[3]。

3.3计算分形维数

因存在相对比较高的采样频率，在实际分析轴承时，主要研究低频特征。旋转频率为25Hz，依据旋转频率来展现轴承磨损的程度，在振动信号低频位置体现故障特征。依据小波分解的特点来有效地分解低频信号，忽略高频信号，时域重构分解以后的隔层低频带，依据网格维数方式来来合理计算轴承实际网格维数。分形维数分析五层小波分解后低频信号以及原始振动信号[4]。

从表二中发现，由于不断增加小波分解层数，会降低低频重构信号点数，会先提高后降低网格维数。存在相应数目点数时，因具备较少的信号重构点数，出现不稳定的网格维数，不能实际反映几何特点。相较3号轴承来说，4号轴承具备相对较大的分形维数，主要由于4号轴承表面出现轻微剥落情况，从而增加振动作用。轴承轴向间隙与加速度原始振动信号分形维数息息相关，提高的轴承间隙，会增加分形维数，此外，在分形维数重构信号中明显体现轴向间隙的增加。