基于小波分解算法的不同轉(zhuǎn)速下軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法研究分析 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)_第1頁(yè)
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目錄摘要 3Abstract 4第一章緒論 61.1課題研究背景與意義 61.2滾動(dòng)軸承故障診斷方法概述 61.3滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.4本文主要研究?jī)?nèi)容 8第二章滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及振動(dòng)機(jī)理 92.1引言 92.2滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)及失效形式 92.2.1滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 92.2.2滾動(dòng)軸承常見失效形式 92.3滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)及故障特征頻率分析 112.3.1滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn) 112.3.2滾動(dòng)軸承元件固有頻率 122.3.3滾動(dòng)軸承故障特征頻率 13第三章小波變換基本知識(shí) 153.1連續(xù)小波變換 153.1.1小波變換的基本概念 153.1.2小波變換的時(shí)頻分析特征 153.1.3連續(xù)小波變換 163.2離散小波變換 173.2.1離散小波的基本概念 173.2.2離散小波變換的快速算法 173.3小波包 193.3.1小波包的基本概念及快速算法 19第四章小波函數(shù)的應(yīng)用 224.1常見小波介紹 224.1.1Haar小波 224.1.2Daubechies(dbN)小波 224.1.3MexicanHat(mexh)小波 234.1.4Morlet小波 234.1.5Meyer小波 244.1.6Symlet(symN)小波 244.2小波基函數(shù)的選擇 254.2.1選擇小波基函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn) 254.2.2小波基函數(shù)及尺度函數(shù)選擇分析實(shí)例 27第五章滾動(dòng)軸承故障仿真實(shí)驗(yàn)及模擬實(shí)驗(yàn) 325.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹 325.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明 33第六章基于離散小波變換和Hilbert包絡(luò)分析的滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例分析 346.1正常運(yùn)轉(zhuǎn)軸承信號(hào)分析 346.2外圈故障軸承信號(hào)分析 396.3內(nèi)圈故障軸承信號(hào)分析 446.4小波分析算法不同轉(zhuǎn)速下仿真總結(jié)與比較 48第七章基于小波包分解算法和Hilbert包絡(luò)分析的滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例分析 507.1正常運(yùn)轉(zhuǎn)軸承信號(hào)分析 507.2外圈故障軸承信號(hào)分析 547.3內(nèi)圈故障軸承信號(hào)分析 577.4小波包分解算法不同轉(zhuǎn)速下仿真總結(jié)與比較 61第八章總結(jié)與展望 628.1總結(jié) 628.2展望 62參考文獻(xiàn) 63致謝 65附錄 661、db系小波對(duì)階躍信號(hào)的階躍點(diǎn)檢測(cè) 662、db系小波對(duì)第二類信號(hào)的間斷點(diǎn)檢測(cè) 683、db系小波對(duì)緩慢變化信號(hào)的檢測(cè) 714、db1小波在不同尺度下對(duì)階躍信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) 745、db4小波在不同尺度下對(duì)緩慢信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) 756、小波分析算法檢測(cè)軸承故障 767、小波包分解算法檢測(cè)軸承故障 78摘要軸承是機(jī)械設(shè)備中關(guān)鍵部件,軸承的工作狀態(tài)對(duì)到整個(gè)機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)影響重大。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),由于滾動(dòng)軸承故障帶來(lái)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障占30%,可以看出,軸承狀態(tài)檢測(cè)的必要性。研究滾動(dòng)軸承的振動(dòng)狀態(tài),小波分解算法對(duì)軸承信號(hào)進(jìn)行特征提取識(shí)別故障。進(jìn)一步地,通過(guò)美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)軸承測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)。針對(duì)不同的軸承轉(zhuǎn)速,進(jìn)行特征提取和狀態(tài)驗(yàn)證。首先,研究了小波變換的基本性質(zhì),典型的小波基函數(shù),進(jìn)一步地研究了小波基函數(shù)、尺度函數(shù)的選擇方法。此外,對(duì)于軸承狀態(tài)特征狀態(tài)提取給出了合適該情況下合適的小波基函數(shù)和尺度函數(shù)選擇。其次,在研究小波變換及小波分析算法和小波包分解算法的基礎(chǔ)上,分析了滾動(dòng)軸承正常狀態(tài)與故障狀態(tài)下信號(hào)頻率成分結(jié)構(gòu)的差異;另外,驗(yàn)證小波分析的有效性。最后針對(duì)實(shí)際情況中采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,證明了小波分析算法和小波包分解算法對(duì)細(xì)節(jié)信號(hào)和重構(gòu)的準(zhǔn)確性和有效性。關(guān)鍵詞:滾動(dòng)軸承;故障診斷;小波變換;時(shí)頻分析;特征頻率。AbstractBearingsarekeycomponentsinmechanicalequipment.Theworkingconditionsofbearingshaveagreatinfluenceontheworkingconditionsoftheentiremechanicalequipment.Amongthem,rotatingmachineryplaysanimportantroleinmechanicalequipment.Inrecentyears,statisticsshowthatthefailureofrotatingmachinerycausedbyrollingbearingfaultsaccountsfor30%oftherotatingmachineryfailures.Therefore,itisofgreatsignificancetomonitorthestateofvibrationandfaultdiagnosis.Themainresearchobjectofthisdissertationisrollingbearing,whichtakesthefeatureextractionofvibrationsignalasthemeansoffaultdiagnosis,andstudiesthebasicprinciplesandeffectivenessofcommonfaultdiagnosisbasedonwaveletdecompositionalgorithminfrequencydomainanalysis.Further,usingthedataoftheBearingMeasurementLaboratoryofCaseWesternReserveUniversityintheUnitedStates,thefeaturedataofdifferentbearingspeedswereextractedandverified.Firstly,thebasicpropertiesofwavelettransformandthetypicalwaveletbasisfunctionsarestudied.Theselectionmethodsofwaveletbasisfunctionsandscalefunctionsarefurtherstudied.Inaddition,theappropriatewaveletbasisfunctionsandscalefunctionchoicesforthestateofthebearingstatefeatureextractionaregiven.Secondly,onthebasisofstudyingwavelettransformandwaveletanalysisalgorithmandwaveletpacketdecompositionalgorithm,thedifferenceofsignalfrequencycomponentstructurebetweennormalstateandfaultstateofrollingbearingisanalyzed.Inaddition,howtheHilbertenvelopedemodulationanalysismethodreflectsfaultmodulationcharacteristicsisanalyzed.Thespecificexplanationisgiven,andthevalidityofthewaveletanalysistoextractthefaultfeaturefrequencyisverifiedwiththeexperimentaldata.Finally,thewaveletanalysisisappliedtotheactualfaultdiagnosisofrollingbearings,andtheexperimentaldatacollectedinactualconditionsareanalyzedtoprovetheaccuracyandvalidityofthedetailedsignalandreconstructionofwaveletpacketanalysisalgorithmandwaveletpacketdecompositionalgorithm.Keywords:Rollingbearing;faultdiagnosis;wavelettransform;time-frequencyanalysis;characteristicfrequency.第一章緒論1.1課題研究背景與意義科技的日益發(fā)展,推動(dòng)著機(jī)械行業(yè)朝著精密化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)而言,對(duì)各部件的制造、安裝和后期維護(hù)的要求也日益提高。每個(gè)微小的部件的性能都將影響著整個(gè)系統(tǒng)的整體性能。近年來(lái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),滾動(dòng)軸承故障引發(fā)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障占旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的30%[1]。故障診斷的第一環(huán)節(jié)是信號(hào)檢測(cè),第二環(huán)節(jié)是信號(hào)的分析與處理,第三個(gè)環(huán)節(jié)是對(duì)信號(hào)的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷。故障診斷的關(guān)鍵在于對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取。目前由于工業(yè)設(shè)備振動(dòng)比較復(fù)雜,產(chǎn)生的信號(hào)具有瞬態(tài)性和沖擊性,使得小波分析(WaveletAnalysis)的應(yīng)用越來(lái)越多[2]。通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)的研究,將軸承的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)小波分析進(jìn)行分解能夠有效地提取軸承的信號(hào)特征,而且在實(shí)際應(yīng)用中是有效的[3]。小波變換的具體做法是結(jié)合功率譜,將信號(hào)分解到小波的幾個(gè)頻段上,識(shí)別故障。1.2滾動(dòng)軸承故障診斷方法軸承診斷發(fā)展了各類分析方法,主要分為兩大類,第一類是時(shí)域分析法,第二類是頻域分析法。其中,沖擊脈沖計(jì)數(shù)法、沖擊能量分析法、峭度因子法、峰值因子法屬于時(shí)域分析法中。時(shí)域分析法雖然應(yīng)用廣泛但是在共振頻帶多的情況下,識(shí)別故障的效果并不好[4]。在頻域分析方法中,主要有功率譜分析、倒譜分析、包絡(luò)解調(diào)分析和雙譜分析[5]。1.3國(guó)內(nèi)外滾動(dòng)軸承故障診斷研究現(xiàn)狀最早,在20世紀(jì)60年代已經(jīng)研究滾動(dòng)軸承故障監(jiān)測(cè)進(jìn)[6]。其中頻域分析中包絡(luò)解調(diào)法的應(yīng)用廣泛。包絡(luò)解調(diào)法可以分為復(fù)調(diào)制法、全波整流法、檢波-濾波法、Hilbert變換法等[7]。近幾年來(lái),由于小波分析具有良好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性,在軸承故障檢測(cè)中得以發(fā)展。由于一般情況下軸承的受力多變、環(huán)境惡劣,所以它的信號(hào)具有寬頻帶的振動(dòng)。在產(chǎn)生故障的情況下,這種振動(dòng)具有非穩(wěn)態(tài)減幅振動(dòng)而且不同的故障會(huì)有不同的信號(hào)故障,使得可以用小波分析方法來(lái)進(jìn)行分析[8]。小波變換(WT)作為一種多分辨率分析方法,廣泛應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域軸承故障診斷和識(shí)別[9]。第二代小波變換(SGWT)是一種新的小波構(gòu)造方法與傳統(tǒng)的WT相比,SGWT提供了一個(gè)完全空間域?qū)ψ儞Q的解釋。SGWT的時(shí)頻分辨率不同分解的水平。它給人以快樂的時(shí)間和貧窮頻率分辨率在高頻子波段,和頻率低,時(shí)間分辨率低副環(huán)帶[10]。目前,小波相關(guān)技術(shù)運(yùn)用非常廣泛,已經(jīng)運(yùn)用在信號(hào)處理、故障診斷、計(jì)算機(jī)視覺及眾多非線性科學(xué)領(lǐng)域[2]。(1)對(duì)于如何選取最優(yōu)小波基,缺乏系統(tǒng)的研究。(2)應(yīng)用上,驗(yàn)證非常重要,目前有了比較理想的結(jié)果。但是讓小波分析更廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè),需要進(jìn)一步研究。(3)小波分析理論有望與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法相結(jié)合。作為交叉學(xué)科,與其他數(shù)學(xué)理論結(jié)合將是未來(lái)的必然趨勢(shì)。1.4本文主要研究?jī)?nèi)容本文研究滾動(dòng)軸承的故障識(shí)別,利用小波分解算法提取故障的信號(hào)特征,研究頻域分析中基于小波分解算法對(duì)常見故障診斷的基本原理及其有效性。本文的主要內(nèi)容有:第一章緒論,論述研究意義,介紹故障診斷特別是小波分析的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì);第二章闡述滾動(dòng)軸承振動(dòng)機(jī)理,包括失效機(jī)理和振動(dòng)信號(hào)的特征,并分析了不同故障狀態(tài)的特征頻率;第三章研究了小波變換的基本性質(zhì),典型的小波基函數(shù),小波分析與常規(guī)分析方法的對(duì)比,彰顯小波分析的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)一步地研究了小波基函數(shù)、尺度函數(shù)的選擇方法;第四章介紹小波分析算法和小波包分解算;第五章對(duì)采集信號(hào)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)作了說(shuō)明;第六章介紹小波分析算法和小波分解算法,并結(jié)合實(shí)例加以驗(yàn)證;第七章總結(jié),指出了本論文不足以及未來(lái)的展望。第二章滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及振動(dòng)機(jī)理2.1引言對(duì)于滾動(dòng)軸承的工況檢測(cè)和故障診斷是近些年來(lái)研究的熱點(diǎn)。其中,振動(dòng)法采用廣泛。作為軸承故障信號(hào)的載體,它具有很強(qiáng)的適用性,測(cè)試和處理信息也相對(duì)直觀。2.2滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)與失效形式2.2.1滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)如圖所示。圖2.1滾動(dòng)軸承基本結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2滾動(dòng)軸承常見失效形式(1)接觸疲勞失效當(dāng)磨損加劇,發(fā)生較大的附加沖擊力,噪聲增大,導(dǎo)致斷裂。(2)磨損失效軸承磨損,游隙變大,精度降低,軸承的噪聲和振動(dòng)增強(qiáng)。(3)斷裂失效載荷過(guò)大,轉(zhuǎn)速太高,潤(rùn)滑不夠,裝配或結(jié)構(gòu)不合理等問(wèn)題,都會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部裂紋和膨脹。軸承內(nèi)部的裂紋和裂縫是特別危險(xiǎn)的損壞失效。(4)塑性變形失效由于過(guò)大的靜載荷或者沖擊載荷,使得滾動(dòng)體或者內(nèi)外圈出現(xiàn)大的塑性變形,會(huì)造成塑性變形失效。(5)腐蝕失效腐蝕失效主要是由于環(huán)境介質(zhì)引起的,軸承部件金屬表面發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)使得金屬表面出現(xiàn)凹坑、銹斑,惡化工作表面粗糙度,使得軸承失去應(yīng)有的精度和其他故障。(6)游隙變化失效軸承受到內(nèi)、外部因素的影響,軸承的配合間隙會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)這種改變達(dá)到一定程度,會(huì)影響軸承精度,造成早期故障。2.3滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)及故障特征頻率分析滾動(dòng)軸承的振動(dòng)有兩種。第一振動(dòng)與軸承結(jié)構(gòu)彈性有關(guān),第二種是與軸承元件接觸表面的情況有關(guān)的振動(dòng)。2.3.1滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝配誤差等內(nèi)部因素和外力溫度等外部因素對(duì)軸承的整個(gè)系統(tǒng)將產(chǎn)生激勵(lì),造成系統(tǒng)振動(dòng),如圖2.2所示[16]。圖2.2滾動(dòng)軸承振動(dòng)因素當(dāng)軸承元件(包括外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體)的工作表面出現(xiàn)局部缺陷時(shí),會(huì)以一定的通過(guò)頻率[11]產(chǎn)生一系列的寬帶沖擊。由于軸承存在機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)阻尼,所以振動(dòng)能量會(huì)不斷衰減,從而造成系列的減震響應(yīng)。理論上,滾動(dòng)軸承表現(xiàn)出的異常振動(dòng)以其固有頻率為載波,其故障特征頻率為調(diào)制頻率的復(fù)調(diào)制信號(hào)。但隨著缺陷的位置不同,振動(dòng)特性也不完全相同的[17,18]。其中,分別為外圈通過(guò)頻率圖,分別為內(nèi)圈通過(guò)頻率圖,分別為滾動(dòng)體的通過(guò)頻率圖。出現(xiàn)外圈故障時(shí),由于外圈是固定的,當(dāng)載荷力的方向不變,傳感器和故障位置不發(fā)生變化,傳感器沖擊振幅不變,它的通過(guò)頻率如圖(a)所示。由此可見,外圈故障相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易識(shí)別。(c)滾動(dòng)體(c)滾動(dòng)體故障(b)內(nèi)圈故障(a)外圈故障圖2.3外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體缺陷時(shí)振動(dòng)仿真信號(hào)的時(shí)域波形圖但是,當(dāng)軸承存在內(nèi)圈缺陷或者滾動(dòng)體缺陷的時(shí)候,故障引起的沖擊振動(dòng)隨著軸承運(yùn)動(dòng)而呈現(xiàn)周期性變化,并且沖擊的幅度表現(xiàn)出幅度調(diào)制現(xiàn)象。存在內(nèi)圈故障,當(dāng)內(nèi)圈故障距離傳感器遠(yuǎn)的時(shí)候,振動(dòng)測(cè)量值最小,隨著距離逐漸減小,振幅增大(如圖2.3(b)所示)。滾動(dòng)體故障將產(chǎn)生兩個(gè)脈沖力,波形如圖2.3(c)所示。2.3.2滾動(dòng)軸承元件固有頻率因軸承部件的不同局部缺陷,軸承各部分受到不同的沖擊從而激發(fā)各自不同的固有振動(dòng)頻率。固有振動(dòng)頻率取決于軸承自身的特性,例如元件的材料、形狀、質(zhì)量與尺寸等因素。下面給出軸承內(nèi)、外圈與滾動(dòng)體固有頻率的計(jì)算公式[19,20]。(1)內(nèi)圈、外圈的固有振動(dòng)表達(dá)如下: (2.1)(2)滾動(dòng)體的固有振動(dòng)當(dāng)存在潤(rùn)滑不良的情況,往往引發(fā)非線性振動(dòng)。當(dāng)軸承在低速運(yùn)轉(zhuǎn)或者受到徑向載荷,滾動(dòng)體自由地從載荷區(qū)移動(dòng)到非載荷區(qū),由于軸承組件的缺陷導(dǎo)致自由振動(dòng)。滾動(dòng)體的固有振動(dòng)頻率可表示為: (2.2)2.3.3滾動(dòng)軸承故障特征頻率故障特征頻率的理論計(jì)算公式如表2.1所示[19]。表2.1滾動(dòng)軸承故障特征頻率計(jì)算公式缺陷位置故障特征頻率說(shuō)明正常(無(wú))軸旋轉(zhuǎn)頻率外圈個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)外圈上一處缺陷的通過(guò)頻率內(nèi)圈個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈上一處缺陷的通過(guò)頻率滾動(dòng)體滾動(dòng)體上一處缺陷沖擊單側(cè)滾道,即滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)頻率保持架與外圈摩擦保持架的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,即滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率保持架與內(nèi)圈摩擦一個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈上某一點(diǎn)的頻率第三章小波變換基本知識(shí)3.1連續(xù)小波變換3.1.1小波變換的基本概念設(shè)且,則按如下方式生成的函數(shù)族 (3.1)稱為小波分析。小波反變換定義為:ft=1Cψ3.1.2小波變換時(shí)頻分析特征頻率窗:a頻窗寬正比于其中心頻率,即2a-13.2離散小波變換3.2.1離散小波的基本概念離散小波變換(DWT,DiscreteWaveletTransform)就是是指將尺度a和偏移量b進(jìn)行離散化,a=a對(duì)應(yīng)的離散小波為ψj,kt信號(hào)f(tCj,k=重構(gòu)公式為:ft=j∈ab=2j從而得到如下二進(jìn)小波(DyadicWavelet)ψj,kt=2-123.2.2離散小波變換的快速算法在小波分析中,Mallat分解算法為:A0ft=f以上分解算法可以用圖解表示為:圖3-2小波變換Mallat分解算法重構(gòu)算法為:Ajf(相關(guān)關(guān)系如下:Hn=h(-n)G假設(shè)原始信號(hào)采樣頻率為2fs,分解的深度為采樣頻率:11…f子帶0~1…1小波系數(shù)AD…D圖3-3Mallat算法中各子帶的頻率范圍及采樣頻率3.3小波包3.3.1小波包的基本概念及快速算法小波包快速算法為:p01t=f其中,t=1,2,…,2J分解算法還可以用圖解形式來(lái)表示,如圖:圖3-4二進(jìn)制小波包分解樹形原理圖該小波包重構(gòu)快速算法為:pjit=2k分解算法也可以用圖解形式來(lái)表示,如圖:圖3-5小波包分解快速算法第四章小波函數(shù)的應(yīng)用4.1常見小波介紹4.1.1Haar小波Haar函數(shù)是最簡(jiǎn)單的小波函數(shù),它是支撐域在t∈[0,1]范圍內(nèi)的單個(gè)矩形波。Haar函數(shù)的定義如下ψt=10≤Haar小波的形狀圖如圖4-1所示:圖4-1harr小波圖形Haar小波優(yōu)點(diǎn),例如:(1)Haar小波用于計(jì)算非常簡(jiǎn)單;(2)ψt與自己的整數(shù)位移正交,即ψtψt-kdt=0,k∈Z,而且與ψ2jt[4.1.2Daubechies(dbN)小波Daubechies小波一般我們會(huì)寫成dbN,N是小波的階數(shù)。令Py=k=0Nm0(ω式中,m0Daubechies小波的特點(diǎn):(1)高階原點(diǎn)矩tpΨtdt=0,p=0~(2)Ψω在頻域上在ω=0處有N(3)Ψt與它整數(shù)位移正交歸一,可表示為ψ(4)尺度函數(shù)?(t)為低通函數(shù),支撐域在4.1.3MexicanHat(mexh)小波mexh小波,可表示為:ΨΨω=2π形狀如圖4-2:圖4-2mexh小波圖形4.1.4Morlet小波Morlet小波,可以表示為:Ψt=CC是重構(gòu)時(shí)的歸一化常數(shù)。Morlet小波沒有尺度函數(shù)?(t)圖4-3Morlet小波圖形4.1.5Meyer小波Meyer小波的小波函數(shù)和尺度函數(shù)是在頻率域中定義的,定義式表示為:Ψω=(2其中,υ(a)為構(gòu)造υa=a?ω=4.1.6Symlet(symN)小波Symlet小波函數(shù)一類近似對(duì)稱的小波函數(shù)。Symlets小波系可以被表示為symN(N=2,3,…,8)。圖4-4Sym2小波圖形圖4-5Sym4小波圖形圖4-6Sym8小波圖形4.2小波基函數(shù)的選擇因?yàn)樾〔ǚ治鼍哂卸喾直媛实奶匦?,慢慢成為一種實(shí)用的信號(hào)分析工具。小波基函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)尺度因子a和平移因子b。理論上可以認(rèn)為,小波分析可以精確地刻畫信號(hào)的任意細(xì)節(jié)。但應(yīng)用于實(shí)際,依賴小波基函數(shù)的選擇很大程度上影響著信號(hào)分析的好壞。同時(shí),在基波可變的情況下,小波變換是一種尺度仍可變的信號(hào)分析方法,可在不同尺度下進(jìn)行信號(hào)分析。因此,如果尺度選擇不當(dāng),小波基的選定對(duì)信號(hào)分析的效果會(huì)有一定影響。所以,選擇最優(yōu)小波基函數(shù)是在工程應(yīng)用中小波分析的重要問(wèn)題。選擇小波基函數(shù)比較復(fù)雜。迄今為止,小波基函數(shù)的選擇還沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際工程應(yīng)用,一般會(huì)根據(jù)具體問(wèn)題的特點(diǎn),結(jié)合小波基函數(shù)的性質(zhì)、時(shí)頻測(cè)不準(zhǔn)原理進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的選擇。4.2.1選擇小波基函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)(1)正交性根據(jù)小波變換的原理,總結(jié)出小波基函數(shù)以及尺度函數(shù)進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算。QMF大致分為兩類:正交和雙正交。正交濾波器是指通過(guò)低通重建濾波器和高通重建濾波器正交。大部分的正交小波基是無(wú)限支集的,在計(jì)算上不可行。正交性描述數(shù)據(jù)的小波表示的冗余程度。小波變換在多分辨率分析下,在不同子空間上的投影是最佳逼近出L2(R)(2)緊支性與衰減性我們一般希望小波函數(shù)在時(shí)域上是緊支,小波基是緊支撐集。(3)正則性正則性表現(xiàn)小波基函數(shù)的可微性。它描述著函數(shù)的光滑程度,也能反映出函數(shù)在頻域能量的集中程度。連續(xù)可微的小波基能夠有效地檢測(cè)信號(hào)的奇異點(diǎn)。大多數(shù)的正交小波基正則性越高就意味著更高的消失矩。因?yàn)閷?duì)最小化量化誤差小波基的正則性是很重要的。(4)對(duì)稱性對(duì)稱性影響著信號(hào)或圖像的相位。此外,在對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)由于對(duì)稱濾波器組具有線性相位,在對(duì)圖像邊緣做對(duì)稱邊界延拓時(shí),重構(gòu)圖像邊緣部分失真小,利于獲得高質(zhì)量重構(gòu)圖像。為了完全重構(gòu)信號(hào),推薦使用對(duì)稱或反對(duì)稱小波作為小波基。(5)消失矩消失矩是小波最重要的性質(zhì)。大消失矩的小波基分解,圖像的能量集中,壓縮空間就大。當(dāng)分析突變信號(hào)時(shí),偏于有效檢測(cè)出奇異點(diǎn),選擇的函數(shù)必須具有高的消失矩。(6)總結(jié)選擇小波基函數(shù)的原則比較難以總結(jié)。一般,針對(duì)具體問(wèn)題應(yīng)提出具體的原則。一般情況下,考量三個(gè)主要因素:正則性、正交性、支撐寬度。4.2.2小波基函數(shù)及尺度函數(shù)選擇分析實(shí)例1、第一類間斷點(diǎn)檢測(cè)的小波基函數(shù)選擇第一類間斷點(diǎn)具有代表性的信號(hào)是階躍信號(hào)。用db系小波來(lái)對(duì)階躍信號(hào)的階躍點(diǎn)檢測(cè),不同小波檢測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行比較分析。首先,我們?cè)趍atlab產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào),如圖4-7:圖4-7階躍信號(hào)時(shí)域圖對(duì)同一階躍信號(hào)選取不同的db系小波基函數(shù)進(jìn)行三層小波分解,結(jié)果如下圖4-8所示:代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波基函數(shù)與尺度選擇\jieyuexinhao_db_fenxi.m從圖中可以看出,與其他db系小波進(jìn)行對(duì)比,db1小波對(duì)階躍信點(diǎn)的檢測(cè)效果最好,非常準(zhǔn)確地檢測(cè)出了突變點(diǎn)位置。因?yàn)閐b1小波的規(guī)則性系數(shù)是0,而階躍信號(hào)突變點(diǎn)處的奇異性指數(shù)α為0,因而db1小波與階躍信號(hào)相似性在db系小波中是最大。圖4-8階躍信號(hào)不同db小波分解圖2、第二類間斷點(diǎn)檢測(cè)的小波基函數(shù)選擇對(duì)一個(gè)含有第二類間斷點(diǎn)的信號(hào)用db系小波進(jìn)行檢測(cè),原始信號(hào)是一條光滑的曲線,但是它的一階導(dǎo)數(shù)有突變。首先,我們?cè)趍atlab產(chǎn)生滿足條件的信號(hào):圖4-9第二類間斷點(diǎn)信號(hào)時(shí)域圖對(duì)該信號(hào)選取不同的db系小波基函數(shù)進(jìn)行三層小波分解,結(jié)果如下圖4-10所示:代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波基函數(shù)與尺度選擇\yijiedaoshutubian_db_fenxi.m從圖4-10中可以看出,db2小波可以得到較好的檢測(cè)結(jié)果,明顯地將該信號(hào)的間斷點(diǎn)顯現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)閐b1小波不具有正則性,所以db1小波對(duì)第二類間斷點(diǎn)沒有檢測(cè)能力。db3、db4、db5、db7及db9小波能夠檢測(cè)出信號(hào)的間斷點(diǎn),但是效果并不理想。小波基函數(shù)的正則性對(duì)檢測(cè)含有第二類間斷點(diǎn)的信號(hào)非常重要。圖4-10第二類間斷點(diǎn)信號(hào)不同db小波分解圖3、緩變信號(hào)分析的小波基選擇實(shí)際的故障分析中,一般會(huì)存在著大量的畸變的緩變信號(hào)。針對(duì)這類信號(hào),也可以根據(jù)規(guī)則性系數(shù)選擇最佳小波基。現(xiàn)用db系小波進(jìn)行驗(yàn)證。首先,我們?cè)趍atlab產(chǎn)生滿足條件的信號(hào):圖4-11緩慢變化信號(hào)時(shí)域圖對(duì)該信號(hào)選取不同的db系小波基函數(shù)進(jìn)行三層小波分解,結(jié)果如下圖4-12所示:代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波基函數(shù)與尺度選擇\yijiedaoshutubian_db_fenxi從圖4-12中所示結(jié)果可以看出,db4小波最接近原始信號(hào)。原信號(hào)波形比較平穩(wěn)且連續(xù),它的奇異性指數(shù)較大,而db4的規(guī)則性系數(shù)相對(duì)也較大。對(duì)緩變信號(hào),用規(guī)則性系數(shù)較大的小波檢測(cè)更合適。但是在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí),應(yīng)該進(jìn)一步考慮到相似性問(wèn)題。一般,我們?cè)谶x擇小波基時(shí),可以通過(guò)觀察信號(hào)的形狀,根據(jù)規(guī)則性系數(shù)法大致選擇一個(gè)范圍,再經(jīng)過(guò)分析比較來(lái)確定最佳小波基。圖4-12緩慢變化信號(hào)不同db小波分解圖4、同一信號(hào)小波尺度參數(shù)的選擇小波分析尺度的選擇也很大程度上影響著小波分析的結(jié)果。在不同尺度下,同一個(gè)小波基對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果也會(huì)大有不同。現(xiàn)用db1小波在不同尺度下對(duì)階躍信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如下圖4-7:圖4-13不同尺度db1小波對(duì)階躍信號(hào)分解圖代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波基函數(shù)與尺度選擇\jieyuexinhao_db1_chidufenxi.m現(xiàn)用db4小波在不同尺度下對(duì)緩慢信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如下圖4-14所示:代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波基函數(shù)與尺度選擇\low_changging_db_fenxi.m圖4-14可以看出,尺度d3分析所得波形效果最好,與原信號(hào)相似度最高,在小波基選定后,分析尺度的選擇也非常重要。本節(jié)研究了在故障信號(hào)檢測(cè)中,選擇最佳小波基與選擇尺度的方法。通過(guò)仿真實(shí)例證明,在檢測(cè)奇異信號(hào)時(shí),按照規(guī)則性系數(shù)相似法選擇最佳小波基函數(shù)及分析尺度都是可行的。不過(guò),在實(shí)際中要根據(jù)實(shí)際選擇處理,找出最合適的小波基和尺度。圖4-14不同尺度db4小波對(duì)緩慢變化信號(hào)分解圖第五章滾動(dòng)軸承故障仿真實(shí)驗(yàn)及模擬實(shí)驗(yàn)5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹我們?cè)诿绹?guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)滾動(dòng)軸承檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的官方網(wǎng)站下載了信號(hào)采集數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)記錄的結(jié)果,為方便廣大研究故障診斷的學(xué)者從而將它們公開。轉(zhuǎn)矩傳感器電機(jī)電機(jī)三相異步電機(jī)電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器電機(jī)電機(jī)三相異步電機(jī)電機(jī)電機(jī)交流電力測(cè)功機(jī)圖5-1西儲(chǔ)大學(xué)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)341234121、驅(qū)動(dòng)端軸承;2、驅(qū)動(dòng)軸;3、風(fēng)扇端軸承;4、風(fēng)扇圖5-2異步電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)西儲(chǔ)大學(xué)的軸承試驗(yàn)臺(tái)如圖5-1所示。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括1.47kW三相異步電動(dòng)機(jī),扭矩傳感器,交流功率測(cè)力計(jì)和電子控制設(shè)備(未顯出)。三相異步電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。扭矩用功率測(cè)力計(jì)來(lái)加載。功率和轉(zhuǎn)速通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得。16通道的DAT記錄器用來(lái)記錄驅(qū)動(dòng)端軸承的振動(dòng)信號(hào),采樣頻率是12kHz、48kHz的采樣頻率。實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載、不同故障尺寸及不同外圈損傷點(diǎn)位置等多種工況下的多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明表5.1顯示了四種工況下的不同故障(正常狀態(tài)、外圈故障、內(nèi)圈故障)的滾動(dòng)軸承的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明如下:(1)1HP≈0.49kW;(2)負(fù)荷區(qū)中心位置:@6:00;(3)故障深度均為0.011inch。(4)采用驅(qū)動(dòng)端滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,軸承尺寸參數(shù)見表5.2。表5.1六種不同工況下對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)工況負(fù)載(HP)轉(zhuǎn)速(r/min)故障直徑(inch)采樣頻率(Hz)外圈損傷點(diǎn)布置位置I017970.02112k@6:00II117720.02112k@6:00III217500.02112k@6:00IV317300.00712k@6:00第六章基于離散小波變換滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例分析采取本文第三章介紹的離散小波分析的方法進(jìn)行實(shí)例分析。為驗(yàn)證小波分析算法對(duì)軸承振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性?,F(xiàn)采用第五章介紹的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選取不同轉(zhuǎn)速下的軸承數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)診斷。每組數(shù)據(jù)采樣時(shí)間為1s,采樣點(diǎn)數(shù)為12000。將分析不同轉(zhuǎn)速下三類不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)工況如下:表6.1四種工況下對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)工況負(fù)載(HP)轉(zhuǎn)速(r/min)故障直徑(inch)采樣頻率(Hz)外圈損傷點(diǎn)布置位置I017970.02112k@6:00II117720.02112k@6:00III217500.02112k@6:00IV317300.02112k@6:006.1正常運(yùn)轉(zhuǎn)軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下正常軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)故障頻率如下表6.2所示:表6.2四種工況下滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率29.95Hz29.53Hz29.17Hz28.83Hz采取轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_97.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-1I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-2所示:圖6-2I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-3所示:圖6-3I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,從細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz及其二倍頻的存在。我們理論得到的該狀態(tài)下正常運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.95Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1772r/min軸承數(shù)據(jù)中正常情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_222.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-4II工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-5所示:圖6-5II工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-6所示:圖6-6II工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第二、三層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.53Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下圖6-7所示:圖6-7III工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-8所示:小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-9所示:圖6-8III工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解圖圖6-9III工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第二、三層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz及其二倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.17Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下圖6-10所示:將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-11所示:圖6-10IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖圖6-11IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖:圖6-12IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第二、三層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率28.83Hz在理論上是一致的。6.2外圈故障軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下外圈故障軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承外圈故障頻率如下表所示:表6.3四種工況下滾動(dòng)軸承外圈故障特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率107.36Hz105.87Hz104.56Hz103.36Hz采取轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_156.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-13I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖:圖6-14I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-15所示:從細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在外圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)108.4HzHz及其二倍頻、三倍頻、四倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在外圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率107.36Hz在理論上可以認(rèn)為是一致的。圖6-15I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖轉(zhuǎn)速在1772r/min軸承數(shù)據(jù)中外圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-16II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db54層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖:圖6-17II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-18所示:圖6-18II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)105.5Hz及其二倍頻、三倍頻、四倍頻、五倍頻、六倍頻、七倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率105.87Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中外圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下圖6-19所示:圖6-19III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-20所示:小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-21所示:從此細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)105.5Hz及其二倍頻、三倍頻、四倍頻、五倍頻、六倍頻、七倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率104.56Hz在理論上是一致的。圖6-20III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖圖6-21III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)105.5Hz及其二倍頻、三倍頻、四倍頻、五倍頻、六倍頻、七倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率104.56Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中外圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下圖6-22所示:將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-23所示:圖6-22IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖圖6-23IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-24所示:圖6-24IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)102.5Hz及其二倍頻、三倍頻、四倍頻、五倍頻、六倍頻、七倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率103.36Hz在理論上是一致的。6.3內(nèi)圈故障軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承內(nèi)圈故障頻率如下表所示:表6.4四種工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率162.18Hz159.92Hz157.94Hz156.13Hz采取轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_105.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如圖6-25所示:圖6-25I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-26所示:圖6-26I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-27所示:從此細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)161.1Hz及其二倍頻、三倍頻、五倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率162.18Hz在理論上是一致的。圖6-27I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖轉(zhuǎn)速在1772r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如圖6-28所示:圖6-28II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db54層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-29所示:圖6-29II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-30所示:圖6-30II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)158.2Hz及其二倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率159.92Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析:用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-31III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-23所示:圖6-32III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-33所示:圖6-33III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)158.2Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率157.94Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析:用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)時(shí)域圖如下:圖6-34IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖將信號(hào)進(jìn)行db14層小波分解后,得到的小波分解的各尺度系數(shù),如圖6-35所示:小波分解的各尺度系數(shù)進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)處理,得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖6-36所示:從此細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,第一、二層細(xì)節(jié)信號(hào)的包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)155.3Hz及其二倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率156.13Hz在理論上是一致的。圖6-35IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解圖圖6-36IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)小波分解包絡(luò)譜圖6.4小波分析算法不同轉(zhuǎn)速下仿真總結(jié)與比較表6.5不同工況下對(duì)應(yīng)的小波分析算法下的信號(hào)診斷情況工況轉(zhuǎn)速(r/min)正常運(yùn)轉(zhuǎn)外圈故障內(nèi)圈故障理論值實(shí)際值相對(duì)誤差理論值實(shí)際值相對(duì)誤差理論值實(shí)際值相對(duì)誤差I(lǐng)179729.95Hz29.3Hz2.170%107.36Hz108.4Hz0.969%162.18Hz161.1Hz0.666%II177229.53Hz29.3Hz0.778%105.87Hz105.5Hz0.349%159.92Hz158.2Hz1.076%III175029.17Hz29.3Hz0.446%104.56Hz105.5Hz0.899%157.94Hz158.2Hz0.165%IV173028.83Hz29.3Hz1.630%103.36Hz102.5Hz0.832%156.13Hz155.3Hz0.532%第七章基于小波包分解算法和Hilbert包絡(luò)分析的滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例分析將采取第三章介紹的小波包分解算法進(jìn)行實(shí)例分析。為驗(yàn)證小波分析算法對(duì)軸承振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性?,F(xiàn)采用第五章介紹的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選取不同轉(zhuǎn)速下的軸承數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷。每組數(shù)據(jù)采樣時(shí)間為1s,采樣點(diǎn)數(shù)為12000。將分析不同轉(zhuǎn)速下三類不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)工況如下:表7.1四種工況下對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)工況負(fù)載(HP)轉(zhuǎn)速(r/min)故障直徑(inch)采樣頻率(Hz)外圈損傷點(diǎn)布置位置I017970.02112k@6:00II117720.02112k@6:00III217500.02112k@6:00IV317300.02112k@6:007.1正常運(yùn)轉(zhuǎn)軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下正常軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)故障頻率如下表所示:表7.2四種工況下滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率29.95Hz29.53Hz29.17Hz28.83Hz轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_209.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-1所示:圖7-1I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db110層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-2所示:小波包分解,節(jié)點(diǎn)(10,8)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-3所示:圖7-2I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下小波包分解樹狀圖圖7-3I工況下滾動(dòng)軸承正常情況下小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(10,8)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.95Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1772r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1772_98.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-4所示:圖7-4II工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db19層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如圖7-5所示:小波包分解,節(jié)點(diǎn)(9,0)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-6所示:從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(9,0)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)29.3Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.53Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中正常情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1772_99.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-7所示:圖7-5II工況下滾動(dòng)軸承正常情況小波包分解樹狀圖圖7-6II工況下滾動(dòng)軸承正常情況小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖圖7-7III工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db19層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-8所示:小波包分解,節(jié)點(diǎn)(9,2)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-9所示:從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(9,2)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)30.47Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率29.17Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中正常情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如圖7-10所示:將信號(hào)進(jìn)行db24層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-11所示:圖7-8III工況下滾動(dòng)軸承正常情況下小波包分解樹狀圖圖7-9III工況下滾動(dòng)軸承正常情況小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖圖7-10IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況下振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜圖7-11IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況下小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-12所示:圖7-12IV工況下滾動(dòng)軸承正常情況小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(9,0)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)30.47Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率28.83Hz在理論上是一致的。7.2外圈故障軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下外圈故障軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承外圈故障頻率如下表所示:表7.3四種工況下滾動(dòng)軸承外圈故障特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率107.36Hz105.87Hz104.56Hz103.36Hz轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_144.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下:圖7-13I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db14層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如圖7-14所示:小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,0)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-15所示:從細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(4,0)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)107.8Hz及其二倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率107.36Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1772r/min軸承數(shù)據(jù)中外圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1772_131.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-16:圖7-14I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解樹狀圖圖7-15I工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖圖7-16II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db14層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-17所示:圖7-17II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-18所示:圖7-18II工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在外圈故障狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)106.6Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率105.87Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1772_131.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-19所示:圖7-19III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db15層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-20所示:圖7-20III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(5,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-21所示:圖7-21III工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在外圈故障狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(5,1)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)104.3Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率104.56Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-22所示:圖7-22IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db85層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-23所示:圖7-23IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-24所示:圖7-24IV工況下滾動(dòng)軸承外圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在外圈故障狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)103.1Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率103.36Hz在理論上是一致的。7.3內(nèi)圈故障軸承信號(hào)分析現(xiàn)分析轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)本文第二章介紹的軸承振動(dòng)機(jī)理,不同工況下的軸承內(nèi)圈故障頻率如下表所示:表7.4四種工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障特征頻率理論值軸承工況IIIIIIIV軸承轉(zhuǎn)速1797177217501730正常運(yùn)轉(zhuǎn)特征頻率162.18Hz159.92Hz157.94Hz156.13Hz轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1979_105.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下7-25所示:圖7-25I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db12層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-26所示:圖7-26I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(2,0)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-27所示:圖7-27I工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(2,0)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)161.73Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率162.18Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1797r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1772_106.m用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-28所示:圖7-28II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db14層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-29所示:圖7-29II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-30所示:圖7-30II工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在內(nèi)圈故障狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)159.4Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率159.92Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1750r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。代碼:F:\原電腦文件\畢業(yè)設(shè)計(jì)\a大論文構(gòu)思\小波分析\neiquan1750_107.mdb5用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下7-31所示:將信號(hào)進(jìn)行db54層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-32所示:圖7-31III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜圖7-32III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-33所示:圖7-33III工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(10,8)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)157.0Hz及其二倍頻的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率157.94Hz在理論上是一致的。轉(zhuǎn)速在1730r/min軸承數(shù)據(jù)中內(nèi)圈故障下運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),進(jìn)行分分析。用matlab處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào),原始信號(hào)功率譜如下圖7-34所示:圖7-34IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)譜將信號(hào)進(jìn)行db84層小波包分解,小波包分解的樹狀圖和信號(hào)重構(gòu)圖如下圖7-35所示:圖7-35IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解樹狀圖小波包分解,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜,如圖7-36所示:圖7-36IV工況下滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障小波包分解細(xì)節(jié)包絡(luò)圖從上細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜圖可以明顯看出,在正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)(4,1)子頻帶得到的細(xì)節(jié)信號(hào)包絡(luò)譜中可以發(fā)現(xiàn)154.7Hz的存在。這一結(jié)論,與我們理論得到的該狀態(tài)下存在內(nèi)圈故障運(yùn)轉(zhuǎn)的故障頻率156.13Hz在理論上是一致的。7.4小波包分解算法不同轉(zhuǎn)速下仿真總結(jié)與比較工況轉(zhuǎn)速(r/min)正常運(yùn)轉(zhuǎn)外圈故障內(nèi)圈故障理論值實(shí)際值相對(duì)誤差理論值實(shí)際值相對(duì)誤差理論值實(shí)際值相對(duì)誤差I(lǐng)179729.95Hz29.3Hz2.170%107.36Hz1

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