小波分形技术在变速器轴承故障诊断中的应用试论

摘要：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。

关键词：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 网格，分割时要等间隔，也就是依据 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N ，选择不同宽度k个网格计数点N 。

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，状态如下表：

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]。

表二 网格维数

从上表中发现，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。

4结束语

总之，用变速器振动信号分形维数分析特定频率带后的数据能够作为基本诊断特征量，可以更加有效地反应变速器轴承实际情况。

参考文献：

[1]肖云魁，程广涛，孙东江等.基于小波分形技术提取变速器轴承故障特征[J].科学技术与工程，2010，7(20):5282-5285，5326.

[2]曹宗保.小波分形技术在变速器故障诊断中的应用[J].汽车维修，2011(2):3-5.

[3]訾艳阳，何正嘉，张周锁等.小波分形技术及其在非平稳故障诊断中的应用[J].西安交通大学学报，2011，34(9):82-87.

[4]史丽晨，段志善.基于小波分形技术的隔膜泵磨损故障诊断研究[J].机械强度，2012，34(1):13-19.