【正文】 承零件的尺寸由軸承的簡單運(yùn)動關(guān)系分析中得到。盡管沖擊脈沖的重復(fù)頻率遠(yuǎn)低于軸承的固有頻率。 LMD 方法將一個復(fù)雜的多分量信號分解為若干個 PF（ Product function，簡稱 PF）分量之和。實(shí)現(xiàn)對滾動軸承振動信號的分解功能，從而得到具有特征意義的PF 分量、殘余量 U、純調(diào)頻函數(shù) SI 以及 PF 分量的瞬時幅值 A。 控件屬性 控件對象的公共屬性 Children 取值為空矩陣，因?yàn)榭丶ο鬀]有自己的子對象 ； Parent 取值為某個圖形窗口對象的句柄，該句柄表明了控件對象所在的圖形窗口 ； Tag 取值為字符串，定義了控件的標(biāo)識值，在任何程序中都可以通過這個標(biāo)識值控制該控件對象 ； Type 取值為 uicontrol，表明圖形對象的類型 ； User Date 取值為空矩陣，用于保存與該控件對象相關(guān)的重要數(shù)據(jù)和信息 ； Visible 取值為 on 或 off； 控件對象的基本控制屬性 Background Color 取值為顏色的預(yù)定義字符或 RGB 數(shù)值；缺省值為淺灰色 ； Callback 取值為字符串，可以是某個 M 文件名或 小段 MATLAB 語句，當(dāng)用第 3 章 基于 LMD 的振動信號分析系統(tǒng)設(shè)計 21 戶激活某個控件對象時，應(yīng)用程序就運(yùn)行該屬性定義的子程序 ； Enable 取值為 on（缺省值） ,inactive 和 off； Extend 取值為四元素矢量 [0, 0, width, height]，記錄控件對象標(biāo)題字符的位置和 尺寸 ； Foreground Color 取值為顏色的預(yù)定義字符或 RGB 數(shù)值，該屬性定義控件對象標(biāo)題字符的顏色；缺省值為黑色 ； Max， Min 取值都為數(shù)值，缺省值分別為 1 和 0； String 取值為字符串矩陣或塊數(shù)組，定義控件對象 標(biāo)題 或選項(xiàng)內(nèi)容 ； Style 取值可以是 pushbutton(缺省值 ), radio button, checkbox, edit, text, slider, frame, popup menu 或 list box； Units 取值可以是 pixels (缺省值 ), normalized（相對單位） , inches, centimeters（厘米）或 points（磅） ； Value 取值可以是矢量，也可以是數(shù)值，其含義及解釋依賴于控件對象的類型 ； 控件對象的修飾控制屬性 Font Angle 取值為 normal（正體，缺省值） , italic（斜體） , oblique（方頭） ； Font Name 取值為控件標(biāo)題等字體的字庫名 ； Font Size 取值為數(shù)值 ； Font Units 取值為 points（缺省值） , normalized, inches, centimeters 或 pixels； Font Weight 取值為 normal（缺省值） , light， demi 和 bold，定義字符的粗細(xì) ； Horizontal Aligment 取值為 left， center （缺省值） 或 right，定義控件對象標(biāo)題等的對齊方式 ； 控件對象的輔助屬性 List box Top 取值為數(shù)量值，用于 list box 控件對象 ； Slider Step 取值為兩元素矢量 [minstep,maxstep]，用于 slider 控件對象 ； Selected 取值為 on 或 off（缺省值） ； Selection Hoghlight 取值為 on 或 off（缺省值） ； Callback 管理屬性 Busy Action 取值為 cancel 或 queue（缺省值） ； Butt Down Fun 取值為字符串，一般為某個 M 文件名或小段 MATLAB 程序 ； Creatfun 取值為字符串，一般為某個 M 文件名或小段 MATLAB 程序 ； DeletFun 取值為字符串，一般為某個 M 文件名或小段 MATLAB 程序 ； 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 Handle Visibility 取值為 on（缺省值） ， callback 或 off； Interruptible 取值為 on 或 off（缺省值） 。使用 2 個靜態(tài)文本顯示框分別顯示“滾動體個數(shù)”、“個”字符，方便用戶找到滾動軸承滾動體個數(shù)輸入位置；使用 1 個可編輯文本框顯示用戶的滾動軸承滾動體個數(shù)輸入值，由于測試數(shù)據(jù)文件需要，其缺省值為“ 9”。使用 2 個靜態(tài)文本顯示框分別顯示“保持架碰內(nèi)圈”、“ Hz”字符，方便用戶找到滾動軸承的保持架與內(nèi)圈摩擦故障特征頻率位置；使用 1 個靜態(tài)文本顯示框顯示通過參數(shù)輸入?yún)^(qū)得到的參數(shù)計算出來的保持架與內(nèi)圈摩擦故障特征頻率。 單擊數(shù)據(jù)文件選擇按鈕或直接在文件地址欄中輸入文件地址； 在參數(shù)設(shè)定框中輸入相關(guān)參數(shù)； 單擊讀入數(shù)據(jù)按鈕，軟件上方將顯示振動信號的時域和頻域波形； 單擊特征頻率框中的計算按鈕，計算出各類故障的特征頻率； 單擊顯示類型中的任一選項(xiàng)，再選擇下拉框中的任一選項(xiàng)，然后單擊分析按鈕，軟件將在左方顯示對應(yīng)的圖形； 使用軟件工具欄中的 Data Cursor 顯示出功率譜中相應(yīng)的頻率，與計算得到的特征頻率相比較，判斷滾動軸承的故障。 模擬信號 )(2tx 是由一個調(diào)幅信號和一個諧波信號組成， 使用設(shè)計的分析軟件進(jìn)行信號分析 ，從而得到各分量波形圖： 圖 311 顯示的是分解后的 PF 分量，圖312 顯示的是分解后的殘余量，圖 313 顯示的是 PF 分量的包絡(luò) A，圖 314 顯示的是純頻函數(shù) SI，圖 315 顯示的是 A 功率譜。 使用加速度計，這是附 加到與磁性底座外殼振動數(shù)據(jù)采集。文中 設(shè)計 了兩 個仿真 信號： )40s i n()3s i n(2 )10c os2200c os ()]6c os ([)(1 tt ttttx ?? ???? ??? ],0[ ??t (31) )600c os ()20c os (3 )100s in(3)(2 ttttx ????? ],0[ ??t (32) 信號 )(1tx 由兩個調(diào)幅 調(diào)頻信號組成， 使用設(shè)計的分析軟件進(jìn)行信號分析，從而得到各分量波形圖： 圖 36 顯示的是分解后的 PF 分量，圖 37 顯示的是分 解后的殘余量，圖 38 顯示的是 PF 分量的包絡(luò) A，圖 39 顯示的是純頻函數(shù) SI，圖310 顯示的是 A 功率譜。 未進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時 的 信號分析 軟件如圖 33 所示 ， 運(yùn)行后得到 信號分析 結(jié)果的 圖如圖 34 所示 。使用 2 個靜態(tài)文本顯示框分別顯示“滾動體碰雙側(cè)”、“ Hz”字符，方便用戶找到滾動軸承的滾動體沖擊雙側(cè)滾道故障特征頻率位置；使用 1 個靜態(tài)文本顯示框顯示通過參數(shù)輸入?yún)^(qū)得到的參數(shù)計算出來的滾動體沖擊雙側(cè)滾道故障特征頻率?！弊址?，方 便用戶找到滾動軸承接觸角輸入位置；使用 1 個可編輯文本框顯示用戶的滾動軸承接觸角輸入值，由于測試數(shù)據(jù)文件需要，其缺省值為“ 0”。 編輯工具在菜單欄的下方，提供了常用的工具；設(shè)計工具區(qū)位于窗口的左半部分，提供了設(shè)計 GUI 過程中所用的用戶控件；空間模板區(qū)是網(wǎng)格形式的用戶設(shè)計 GUI 的空白區(qū)域 。 本章小結(jié) 本章 分別 介紹 了 滾動軸承故障 特征頻率、滾動軸承的常用 故障診斷方法以及局部均值分解方法。沖擊脈沖法不僅能判斷軸承的損傷程度，還可以通過頻譜分析指示出軸承的損傷部位。目前很少直接用這種方法去識別軸承故障，有些僅是用這種頻譜來確定軸承元件的固有頻率。但在滾動軸承中，由于軸的彎曲使軸承單側(cè)面受力，因此又具有滾動體通過頻率的特征，兩者合成將成為這種故障振動的主要頻率成分。這時在轉(zhuǎn)軸上的振動既有滾電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 動體的公轉(zhuǎn)頻率（即保持架轉(zhuǎn)速頻率），又有轉(zhuǎn)軸的 轉(zhuǎn)速頻率，兩者的組合將就產(chǎn)生豐富的振動頻率。 套圈的固有振動形態(tài)主要是由于滾道或滾動面的表面粗糙度和波紋度造成的，當(dāng)滾動體滾動時，其接觸處具有微波的彈性變形，在外圈上施加強(qiáng)迫振動的同時，也會激起它的固有頻率振動。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢是傳感器的精密化、多維化，診斷理論和診斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化。特別重要的是， LMD 方法是依據(jù)信號本身而進(jìn)行的自適應(yīng)分解，得到的第一個 PF分量都具有一定的物理意義，反映了信號的內(nèi)存本質(zhì)，具有很高的信噪比，非常電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 適用于非平穩(wěn)、非線性信號的處理。滾動軸承故障振動信號大都為非平穩(wěn)信號，因此在故障診斷過程中有必要采用適合于處理非平穩(wěn)信號的特征提取方法 [16]。由此可見，故障診斷對于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)具有極其重要的意義。其次利用MATLAB 的 GUI 設(shè)計出基于 LMD 的信號分析軟件，該軟件界面友好， 使用方便。故障診斷理論就是為了滿足對系統(tǒng)可 靠性和安全性要求的提高，減少并控制災(zāi)難性事故的發(fā)生而發(fā)展起來的 [4]。所以設(shè)計基于LMD 的滾動軸承故障診斷系統(tǒng)具有十分重要的意義。 EMD（ empirical mode deposition，簡稱 EMD）是一種自適應(yīng)的信號處理方法 [18]。對于工作在較為理想工況條件下的簡單機(jī)械設(shè)備，分析結(jié)果尚可；對于精密機(jī)械設(shè)備或者是在復(fù)雜的工況條件下的設(shè)備，則診斷結(jié)果常常差強(qiáng)人意，誤診和漏診現(xiàn)象的大量出現(xiàn)，這是影響第 1 章 滾動軸承 故障診斷與 LMD 的相關(guān)理論分析 5 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的推廣和進(jìn)一步發(fā)展的最主要原因。這部分包括： 套圈、滾道和滾動體波紋度引起的振動； 滾動體大小不均勻、外圈偏心引起的振動； 第三類 由于軸承使用不當(dāng)或裝配不正確引起的振動。振動頻率與波形度的關(guān)系和所處的元件有關(guān)。外圈滾道上的缺陷，因?yàn)橥馊潭ú粍?，各個體通過缺陷區(qū)時具有相等的沖擊強(qiáng)度，每個脈沖幅值基本相等，各脈 沖波之間的距離即為外圈間隔頻率的倒數(shù)。保持架中心圓上某一點(diǎn)的線速度為 cmc nD60?? ? (26) 由上面得保持架的轉(zhuǎn)速為 )]1()1([21 ?? ???? eic nnn (27) 內(nèi)圈相對于保持架的轉(zhuǎn)速為 )1)((21 ?????? eiciic nnnnn (28) 外圈相對于保持架的轉(zhuǎn)速為 )1)((21 ?????? eeceec nnnnn (29) 滾動體的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 on 可由接觸點(diǎn)處兩物體線速度相等的關(guān)系求得。 窄帶濾波器的中心頻率一般選在 30 到 40kHz 的較高頻段上，這個頻段正是傳感器的諧振頻帶，而與其他機(jī)械結(jié)構(gòu)振動相遠(yuǎn)離，這樣就可排除常規(guī)振動的影響。 局部均值分解方法實(shí)現(xiàn)步驟 LMD 方法實(shí)質(zhì)上是把任意信號分解成 不同尺度的包絡(luò)信號和純調(diào)頻信號，并定義包絡(luò)信號和純調(diào)頻信號的積 為瞬時頻率具有物理意義的 PF 分量，不斷迭代至分離出所有 PF 分量 [19]。用戶通過輸入設(shè)備（如：鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、繪制板或麥克風(fēng)），與計算機(jī)通訊。 第 3 章 基于 LMD 的振動信號分析系統(tǒng)設(shè)計 23 4) 按鈕 ，顯示“讀入數(shù)據(jù)”字符，提示用戶單擊此按鈕將所選數(shù)據(jù)文件讀入到 LMD 的分解算法中，并進(jìn)行局部均值分解，從而返回 PF 分量、殘余量 U、包絡(luò) A 分量、純調(diào)頻函數(shù) SI 以及在坐標(biāo)軸中顯示出原始信號的時域波形和頻域波形。 2) 滾動軸承轉(zhuǎn)頻計算區(qū)。此選擇區(qū)總共有 5 個按鈕，分別為 PF 分量按鈕，用于顯示經(jīng)過 LMD 分解后得到的 PF 分量；殘余量 U 按鈕，用于顯示經(jīng)過 LMD 分解后得到的殘余量 U；包絡(luò) A 按鈕，用于顯示經(jīng)過 LMD 分解 后得到的 PF 分量的瞬時幅值 A；純頻 SI 按鈕，用于顯示經(jīng)過 LMD 分解后得到的純調(diào)頻函數(shù) SI。 利用剩余信號及包絡(luò)估計函數(shù)得到 11si 。 最后 用 軟件 對 構(gòu)造的測試信號進(jìn)行分析，分解出了具有物理意義的能反映信號內(nèi)在本質(zhì)的分量 ，從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的可用性 及有效性 。 測試數(shù)據(jù) 說明 實(shí)驗(yàn) 設(shè)備 情況 簡介 本文的實(shí)測數(shù)據(jù)來自于 Case Western Reserve University 滾動軸承故障數(shù)據(jù)中心 。 返回經(jīng)過分解過后的 PF 分量、殘余量 U、包絡(luò)函數(shù) A、純頻函數(shù) SI。靜態(tài)顯示文本顯示字符“顯示結(jié)果”，方便用戶理解；下拉框分為 2 個選項(xiàng)，分別是：前 4 項(xiàng)選擇，用于顯示經(jīng)過LMD 分解之后的各分量的前 4 項(xiàng)圖形；剩余項(xiàng)選擇，用于顯示經(jīng)過 LMD 分解之后的除掉前 4 項(xiàng)之后的剩余項(xiàng)圖形。 3) 滾動軸承外圈故障特征頻率計算區(qū)。使用 2 個靜態(tài)文本顯示框分別顯示“轉(zhuǎn)速”、“ r/min”字符，方便用戶找到滾動軸承轉(zhuǎn)速輸入位置；使用 1 個可編輯文本框顯示用戶的滾動軸承轉(zhuǎn)速輸入值，由于測試數(shù)據(jù)文件需要，其缺省值為“ 1750”。通常，多是根據(jù)悅目的結(jié)構(gòu)和用戶界面功能的有效性來選擇計算機(jī)或程序。 通過局域極值點(diǎn) in 可以求出相應(yīng)的包絡(luò)估計值 2 1??? iii nna (226) 和第一步類似，把所 有包絡(luò)估計值點(diǎn) ia 用直線直接連接起來，再做平滑處理，電子科技大學(xué)學(xué)士