基于分形理论的滚动轴承故障诊断研究.pdfVIP

维普资讯 学兔兔 轴承技术 2008年第 3期 基 于分形理论 的滚动轴承故障诊断研究 (西南林学院)张 杨 杨永发 朱立 宗 叶选林 摘 要 ：针对滚动轴承振动信号的特点 ，从分形原理 出发 ，利用分形维数的概念 ，对由滚动轴 承故障产生 的非平稳 、非线性信号进行 了分形特征的定量描述。试验结果表明 ，滚动轴承不同故障 出现时 ，其分形维数 明显不同。因此 ，可以利用分形维数有效地诊断出滚动轴承的故障。 关键词 ：滚动轴承；分形 ；关联维数 ；故障诊断 引言 承故障模式的分类提供一种新的实用方法。 滚动动轴承由于具有效率高 、摩擦阻力小、 1 分 形介 绍 装配方便、润滑容易实现等优点 ，因而 ，在旋转 1．1 分形 的基 本概念 机械 中得到了广泛 的应用 ，是大部分旋转机械 在经典 的欧几里德几何 中 ，我们可 以用直 的基本组成部件 。然而滚动轴承又是机械设备 线 、圆锥、球等这一类 规则 的形状 去描述 诸如 中工作条件最 为恶劣的部件 ，它在机械设备 中 墙 、车轮、建筑物等人造物体 ，因为这些物体本 起着承受载荷 和传递载荷 的作用 ，其运行状态 身就是根 据欧 氏几何 的规则 图形 生成 的。然 是 否正 常往 往 直接 影 响 到 整 台机 器 的 性 能 (包 而，在自然界 中，却存在许多极其复杂的形 状 ， 括精度 、可靠 性及 寿命 等)。与别 的机 械零 部 如 ：山、云、闪电、海岸线等。长期 以来 ，对这类 件 相 比 ，滚动轴 承有 一个 很大 的特 点 ，就是其 寿 不连续 、不光滑(不可导)的几何形状的描述没 命 的离散性很大 ；故障轴承振动信号 的突出表 有得到人们的足够重视 。为了描述 自然界中大 现 就是 其非 平稳 和非 线性 特征 。而这种 瞬 时信 量存在的、过去被人们认为是“不可名状 的”或 号持续时间很短 ，常常被轴承系统的正常信号 “病态的”几何物体 ，1975年 ，美国哈佛大学数 所淹没．基于傅里 叶变换 的频谱分析难 以从频 学 系 教 授 BenoitB．Mandelbrot创 造 了 分 形 谱图中提取 出有用的特 征信号 。因此 ，滚动轴 (Fracta1)这个新术 语。1982年 ，当Mandelbrot 承的故障诊断方法 ，一直是机械故障诊 断中重 的新作《自然界 中的分形几何》一书 出版后 ，分 点发展的技术之一，具有重大意义 ，这已经引起 形这一概念不胫而走 ，分形这朵数学奇葩为物 了国内外许多科技人员 的重视 。 理组织形态描述提供 了一种极其简洁的方 法。 自从 B．B．Mandelbrot用分形 几 何 学来 描