Page 130 - 《振动工程学报》2025年第8期

1770 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

表 2 试验信号故障参数
Tab. 2 Fault parameters of test signal
内圈故 外圈故
转速/ 采样频 采样 转频
障频率/ 障频率/
-1
(r⋅min ) 率/Hz 点数 f r /Hz
Hz Hz
800 8192 8192 13.33 95.38 64.61

图 8 OSSD‑MCKD 的结果与对比
图 9 故障模拟试验台及传声器布置图
Fig. 8 Comparison of results of OSSD‑MCKD
Fig. 9 Layout diagram of fault simulation test bench and
障特征频率及其倍频均清晰可见，图 8（b）中内圈分 microphone
量的转频、倍频及其边频幅值明显。
为了验证 MCKD 优化方法的有效性，在此增加
一组未优化的 MCKD 滤波结果进行对比，如图 8（c）
所示，在图中难以清晰地观测出内、外圈故障频率。
通过仿真信号初步验证了本文方法的有效性。

3 试验信号分析

试验数据来自试验环境下 2 个声望传声器采集
的 QPZZ‑Ⅱ 旋转机械振动及故障模拟试验台运行
时的轴承内外圈复合故障的声信号。故障轴承相关
参 数 为 ：节 圆 直 径 D = 39 mm，滚 动 体 直 径
d 1 = 7.5 mm，滚动体数目 Z = 12，接触角 α = 0。故 图 10 信号时域波形及包络谱
障轴承的缺陷是人为电火花切割处理，其故障尺寸 Fig. 10 Time-domain waveforms and envelope spectrum of
为 1.5 mm×0.5 mm×0.5 mm。根据轴承的参数计 signal
算各个故障特征频率，各个特征参数详见表 2。
解层数。定义搜索区间为［2，7］，在搜索域中计算
利 用 NI SignalExpress 采 集 模 块 及 NI‑9234 四
通道采集卡进行信号采集，采样频率 f s=8192 Hz， SSD 生成的每个 SSC 的包络信号峭度值。计算过
程如图 11 所示，图 11（a）为各层各分量包络峭度值，
采 样 点 数 N s =8192。 频 率 间 隔 Δf = f s /N s = 1 Hz，
图 11（b）为各层最大包络峭度值。当层数为 5 时，包
将两个传声器相互垂直安装在距故障轴承试验台边
络峭度值达到最大值 EK G = 6.608，确定 OSSD 最
max
沿 0.5 m、高度 0.5 m 的位置，传声器 1 和故障轴承座
侧面中线平齐，传声器 2 正对轴承主轴。试验台及 佳分解数为 5。
OSSD 将信号分为 5 层，对各分量进行包络分析
传声器布置图如图 9 所示，试验分析数据来源于图 9
的传声器 2，分析的试验滚动轴承故障类型为内、外 得到一系列包络谱。本文最佳分量的选择指标是故
圈复合故障。 障特征能量幅值比。各分量内、外圈故障特征能量
图 10 为轴承复合故障声信号时域波形及包络 幅值比如图 12 所示。为了将内、外圈故障分离和提
谱。从包络谱图中可以看出内、外圈故障混合在一 取，分别选择内圈和外圈故障信息占比较多的分量
起且被大量噪声包围，难以提取出内、外圈故障。 作为敏感分量。
首先对声信号进行分解，利用本文所提方法优 确定 SSC1 为内圈敏感分量，SSC2 为外圈敏感
化奇异谱分解。计算分量的包络峭度值得到最佳分 分量。如图 13（a）所示，从 SSC1 和 SSC2 上可以清