基于改进小波变换和包络分析的滚动轴承故障诊断

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1、文章编号：2095-1248（2014）05-0012-05基于改进小波变换和包络分析的滚动轴承故障诊断张强，沙云东，梁先芽，赵奉同，栾孝驰（沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室，沈阳110136）摘要：采用改进的小波分解和重构算法与包络分析相结合的方法，提取滚动轴承振动信号的故障特征频率。改进的小波分解和重构方法避免了Ｍａｌｌａｔ算法频率混淆的缺陷，通过对重构信号特定频带进行包络分析，更加准确地提取了滚动轴承的故障特征频率。通过对无故障滚动轴承和内圈、外圈有故障的滚动轴承振动信号的分析，说明这种方法能够有效诊断滚动轴承

2、的故障，并将该方法成功应用于某型航空发动机主轴承故障诊断。关键词：滚动轴承；故障诊断；小波变换；包络分析中图分类号：ＴＨ133.3；Ｖ233.1文献标志码：Ａdoi：10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．2095-1248．2014．05．003FaultdiagnosisofrollingbearingbasedonimprovedwavelettransformandenvelopeanalysisＺＨＡＮＧＱｉａｎｇ，ＳＨＡＹｕｎ-ｄｏｎｇ，ＬＩＡＮＧＸｉａｎ-ｙａ，ＺＨＡＯＦｅｎｇ-ｔｏｎｇ，ＬＵＡＮＸｉａｏ-ｃｈｉ（ＬｉａｏｎｉｎｇＫｅｙ

3、ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄｆｏｒＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＴｅｓｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ110136，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｆａｕｌｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｗｅｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍｂｉｎｉｎｇａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｗａｖｅｌｅｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｇ

4、ｏｒｉｔｈｍａｎｄｅｎｖｅｌｏｐｅａ-ｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｗａｖｅｌｅｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈａｖｏｉｄｓｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＭａｌｌａｔａｌｇｏ-ｒｉｔｈｍ′ｓｃｏｎｆｕｓｉｏｎｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅｍｏｒｅａｃｃｕ-ｒａｔｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｎｏｒｍａｌｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇａｎｄｉｎｎｅｒｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｏｕｔｅｒｒｉｎｇ

5、ｆａｉｌｕｒｅｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇ-ｎａｌｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｉａｇｎｏｓｅｔｈｅｆａｕｌｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｓｕｃｃｅｅｄｅｄｉｎｄｉａｇｎｏｓｉｎｇｔｈｅｆａｕｌｔｓｏｆａｅｒｏ-ｅｎｇｉｎｅｍａｉｎｂｅａｒｉｎｇｓ．Keywords：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｆａｕｌｔｓｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｅｎｖｅｌｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓ［2-3］航空发动机

6、主轴轴承是航空发动机的重要部换、ＥＭＤ分析、盲源分离等。小波变换具有件，其工作环境苛刻，引起轴承失效的因素也非常带通滤波特性，选择合适的小波对信号进行适当复杂。航空发动机在高速、重载等复杂环境条件尺度的分解，选择有价值的频段进行重点分析。［4］下工作，主要失效形式有磨损、塑性变形、疲劳剥包络分析在滚动轴承故障诊断中也被普遍认［1］落、整体损坏（例如保持架的损坏）4种类型。可，提取能够反映轴承真实故障的特征频率成分，滚动轴承故障信号的处理方法主要有小波变作为判定滚动轴承是否正常的标准。本文采用小收稿日期：2013-08-28作者简介：张强（1

7、986-），男，山东淄博人，硕士研究生，主要研究方向：航空发动机强度、振动及噪声，Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｑｉａｎｇ413@163．ｃｏｍ；沙云东（1966-），男，黑龙江阿城人，教授，主要研究方向：航空发动机强度、振动及噪声，Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｄｓａｈａ2003@ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ。第5期张强，等：基于改进小波变换和包络分析的滚动轴承故障诊断13波变换与包络分析相结合的方法，提取故障特征Ａ用于下一步分解；ｊ频率，对滚动轴承进行故障诊断。（2）消除取得Ｄ过程的频率混叠的方法ｊａ：Ａ与ｇ卷积后，设结果为Ｄ′，Ｄ′先进行ｊ-1ｊｊ［5-9］

8、1小波变换理论及其改进ＦＦＴ变换；ｊ+1ｂ：对ＦＦＴ变换中频率ｆ≤ｆ／2部分频率值ｓ小波变换为信号分析提供了一种更加精细的置零；方法，通过将信号按频带进行多层分解，根据信号ｃ：对