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基于声发射技术的滚动轴承故障诊断时频分析方法研究
摘要：
随着工业领域的不断发展，滚动轴承越来越成为各类机械设备的基础部件。然而，滚动轴承在使用过程中往往会出现各种故障，而这些故障可能会对整个设备产生不良影响甚至导致事故。因此，滚动轴承的故障诊断显得十分重要。本文针对基于声发射技术的滚动轴承故障诊断方法进行了研究。通过对轴承受力、声波传播、信号特征提取等方面的分析，提出了一种基于时频分析的故障诊断方法。实验结果表明，该方法具有一定的鲁棒性和有效性，能够准确地诊断滚动轴承的各类故障。
关键词：滚动轴承；声发射技术；故障诊断；时频分析
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentoftheindustrialfield,rollingbearingshavebecomemoreandmorebasiccomponentsofvariousmechanicalequipment.However,rollingbearingsoftenhavevariousfailuresduringuse,andthesefailuresmayhaveadverseeffectsontheentireequipmentorevenleadtoaccidents.Therefore,thefaultdiagnosisofrollingbearingsisveryimportant.Inthispaper,theresearchonthefaultdiagnosismethodofrollingbearingsbasedonacousticemissiontechnologyiscarriedout.Throughtheanalysisofbearingforces,soundwavepropagation,signalfeatureextractionandotheraspects,atime-frequencyanalysis-basedfaultdiagnosismethodisproposed.Theexperimentalresultsshowthatthismethodhascertainrobustnessandeffectiveness,andcanaccuratelydiagnosevariousfailuresofrollingbearings.
Keywords:rollingbearings;acousticemissiontechnology;faultdiagnosis;time-frequencyanalysis
一、背景介绍
滚动轴承是现代机械设备中不可或缺的基础部件。由于其具有结构简单、运行平稳、寿命长等优点，因此被广泛应用于各类机械设备中，如航空、航天、汽车、工业生产等领域。然而，随着滚动轴承的使用时间越来越长，各种故障也随之而来，如卡滞、松动、异响、裂纹等。如果这些故障不能及时得到诊断和修复，将会对机械设备的正常运行和使用寿命产生不利影响，甚至引发事故。因此，滚动轴承的故障诊断至关重要。
目前，滚动轴承的故障诊断主要包括物理测量方法和信号处理方法两个方面。物理测量方法包括振动、温度、压力、润滑油等参数的测量，主要判断轴承是否存在故障。然而，物理测量方法难以直接获取轴承内部的故障信息。而信号处理方法针对轴承内部产生的故障信号进行分析和处理，从而诊断轴承的故障类型和位置。其中，声发射技术作为轴承故障诊断的一种新兴方法，具有操作简单、非侵入性、实时性等优点。因此，近年来得到了广泛的研究和应用。
二、声发射技术原理
声发射技术经常用于轴承的故障检测。该技术的基本原理是利用轴承内部产生的声波信号来识别轴承的各种故障。轴承故障后，由于载荷突然变化或轴承内部组件的变形等原因，会在轴承内部产生声波信号。这种声波信号在轴承内部传播，经过传感器采集后，可以转化为电信号进行处理和分析。因此，声发射技术的基本流程如下：
首先，通过放置传感器或麦克风等设备在轴承表面，实时采集轴承内部产生的声波信号。这些声波信号传递到传感器处，可以转化为相应的电信号进行处理。
接着，对轴承故障声波信号进行预处理，例如滤波和降噪等操作，以消除信号的干扰和噪声。
最后，对预处理后的轴承故障声波信号进行分析和处理，提取信号的特征参数进行判断和诊断。
三、时频分析方法原理
时频分析方法是一种探测非平稳信号的有效技术。在滚动轴承的信号处理中，时频分析方法通常用于特征提取和故障诊断。时频分析方法可以将信号在时域和频域上进行联合分析，可以得到信号在时间轴和频率轴上的变化情况。时频分析方法的基本原理是将复杂信号分解为一系列小区间内的平稳信号，并在这些小区间内计算信号在时间和频率上的变化情况，从而获得信号的瞬时频率信息。常见的时频分析方法有短时