Page 206 - 《振动工程学报》2025年第9期

2136 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

0.4 97.1844 Hz 292.849 Hz 加速度传感器1 电机 齿轮箱
195.665 Hz
幅值 0.3
0.2
0.1
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
频率 / Hz
(a) 内圈故障解卷积信号包络谱
(a) Envelope spectrum of the inner ring fault deconvolution signal
64.9552 Hz
0.4 129.91 Hz 194.866 Hz 故障轴承 加速度传感器2
幅值 0.3
0.2
0.1
0 图 9 故障模拟试验台及传感器布置图
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
频率 / Hz Fig. 9 Fault simulation test bench and layout diagram of sensors
(b) 外圈故障解卷积信号包络谱

(b) Envelope spectrum of the outer ring fault deconvolution signal 0.10
0.05
图 8 仿真信号经 AVME-OMOMEDA 分析的包络谱 幅值 / (m·s −2 ) 0
Fig. 8 Envelope spectrum of simulated signal analyzed by −0.05
−0.10
AVME-OMOMEDA 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

时间 / s
(a) 时域图
5 试 验 信 号 分 析 (a) Time-domain diagram
试验数据来自实际环境下运行的 QPZZ-II 旋转 0.15 65 Hz 129 Hz
0.10
机械振动及故障模拟试验台，试验台主要由轴承、 幅值 / (m·s −2 ) 0.05
驱动电机、轴、齿轮箱、调速器和偏重转盘等部分组 0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
成。轴承的故障缺陷由电火花线切割加工得到，故 频率 / Hz
(b) 包络谱
障缺陷尺寸为 1.5 mm×0.5 mm×0.5 mm。轴承型号为 (b) Envelope spectrum

NU205，其相关参数如表 1 所示。根据轴承相关参数
图 10 复合故障信号的时域图及包络谱
可计算理论故障特征频率，当设置转速为 800 r/min Fig. 10 Time-domain diagram and envelope spectrum of
时，转频为 13.33 Hz，内圈故障频率为 95.38 Hz，外圈 compound fault signal
故障频率为 64.61 Hz。
并非内圈故障频率），因此需要对该信号进行故障特
表 1 NU205 故障轴承的相关参数 征分离和提取。
Tab. 1 Relevant parameters of NU205 faulty bearing 利用本文方法对轴承复合故障信号进行分析。

节圆直 滚动体 滚动体 内圈直 外圈直 首先，绘制该信号的 AESOSTS，如图 11 所示，可识别
接触角/(°)
径/mm 直径/mm 个数 径/mm 径/mm 出两个中心频率分别为 1122 和 2526 Hz；然后分别以
39 7.5 12 0 25 52
2π×1122 和 2π×2526 rad/s 为中心频率 ω d 的初始值，

数据采集系统由 NI Signal Express 采集模块、两 通过 VME 提取该信号中与故障相关的期望模态。
个加速度传感器和 NI-9234 四通道采集卡组成，两个 VME 提取的两个期望模态的时域图及包络谱如图 12
加速度传感器分别安装在轴承座的水平和垂直方向 和 13 所示。虽然期望模态 1 只包含外圈故障频率
上 。 本 试 验 设 置 的 采 样 频率 f s =8192 Hz， 采 样 点 数 65 Hz，但期望模态 2 同时包含内圈故障频率 65 Hz
N=8192，即 1 s。图 9 显示了试验台结构及加速度传 以及外圈故障频率 95 Hz 的两个边频（82 和 108 Hz），
感器布置位置。本次试验分析的数据来自位于垂直 结 合 两 个 中 心 频 率 的 位 置 和 信 号 频 谱， 该 信 号 的
方向上加速度传感器 1 采集到的振动信号，轴承的 内、外圈共振频带部分重叠。因此，这进一步验证
故障类型为内、外圈复合故障。 了 VME 无法分离共振频带重叠的轴承复合故障。

由于故障缺陷尺寸较大，因此对传感器采集到
8 1122.81 Hz
的信号加入−8 dB 的高斯白噪声。图 10 为加噪后滚 6 2526.33 Hz
动轴承复合故障信号的时域图及包络谱。图 10(a) 幅值 4
2
时域图显示，轴承复合故障信号杂乱无章，冲击成分 0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
被背景噪声掩盖；从图 10(b) 包络谱中可以看出，虽 频率 / Hz

然能提取出外圈故障频率 65 Hz，但内圈故障频率 图 11 复合故障信号的 AESOSTS
95 Hz 完全被背景噪声掩盖（65 Hz 右侧峰值为 90 Hz Fig. 11 AESOSTS of compound fault signal