近年来,机械设备故障诊断技术在国内外得到了较大的发展,在国民生产中起到了重大的作用。本文在总结和汲取他人研究成果的基础上,引入小波分析方法,从滚动轴承外部振动信号中获取故障特征信息,有效地实现了滚动轴承的故障诊断。 首先,从滚动轴承振动信号的产生机理出发,讨论了滚动轴承的固有振动,承载时由于滚动体、内外圈刚度非线性和装配原因引起的振动以及轴承各种异常情况下振动的特点。分析了应用共振解调原理,利用轴承外表面振动信号对机器进行不解体故障诊断是可行的。建立了滚动轴承各组成元件有损伤点时振动信号的理论模型,并分析了各种故障振动信号的特点,为滚动轴承振动故障诊断提供了理论依据。 然后,分析对比了振动信号的一般处理方法,包括预处理和二次处理的方法。这里,主要对二次处理的方法作了详细的介绍,包括时域信号的统计特征,频域分析的傅立叶变换和短时傅立叶变换。针对滚动轴承系统的非线性和外表面振动信号的非平稳特性,引入小波分析方法。简要介绍了小波分析的原理和满足条件,对连续小波变换、离散小波变换、小波包分析分别作了具体介绍并配有仿真应用来说明它们各自的特点、使用场合及应用于故障诊断时的有效性。还介绍了几种常用的基本小波及其各自的特点,因为小波变换不同于其它常用的信号变换就在于它的基函数是可变的,可以根据分析对象的特点选择最适合的基本小波函数。 接着,根据滚动轴承故障振动的理论模型,构造出了外圈、内圈、滚动体上有单个损伤点时的仿真信号,用小波包变换的方法对其进行特征提取,进而作出状态诊断,得到了正确的结果。 最后应用小波分析对两个实测的滚动轴承振动信号进行了分析。一个是齿轮减速箱低速轴近电机端的轴承,对比了同一轴承无故障和内圈有损伤点时振动信号的离散小波变换分解系数得出内圈有损伤点时,振动信号的高频细节分量的能量明显增大并且呈正态分布的结论,应用小波包诊断方法分离出了内圈工作频率,得出了该轴承内圈故障的结论。另一个应用实例是齿轮减速箱高速轴近电机端的轴承,用小波包诊断方法得到该轴承外圈故障的特征频率,确定该轴承为外圈故障。对比了该轴承外圈早期故障和晚期故障的振动信号的小波包分解结果,证明了小波包方法诊断滚动轴承早期故障的有效性。