來源：cyberstudio.cn 時間：2018年9月5日
滾動SKF軸承是內(nèi)燃機(jī)旋轉(zhuǎn)連接處重要的零部件之一，其發(fā)生故障時會導(dǎo)致整個機(jī)器無法運(yùn)轉(zhuǎn)。論文首先系統(tǒng)研究了調(diào)制密度
分布（MID）的算法原理，其次通過仿真信號在理論上對其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，最后從外圈故障振動信號中分解出相關(guān)模態(tài)分量，并
從其包絡(luò)譜中識別故障特征頻率。仿真分析和外圈模擬點(diǎn)蝕故障試驗(yàn)表明，該方法能夠有效提取滾動軸承故障特征。
1 調(diào)制密度分布（MID）SKF軸承
調(diào)制密度算法解調(diào)的思想是利用邊帶濾波器將載波成分和調(diào)制成分提取出來，時域信號經(jīng)過邊帶濾波后主要
分為三部分：
（1）其中， 為 x（t）在帶寬[f-駐f/2，f+駐f/2]上的濾波信號。
（2）其中， 為信號 x（t）在帶寬上濾波后信號的復(fù)包絡(luò)。FAG軸承基于譜相關(guān)密度的調(diào)制密度分布可以表示為：調(diào)制密度分布 MID 的絕對值在雙譜平面上的分布可以表示出循環(huán)調(diào)制頻率 琢 是如何隨著譜頻率 f 的移動而變化的，從中可以提取滾動軸承的故障特征頻率。為了更好地理解 MID 分布。
（3）可以將調(diào)制密度分布的絕對值進(jìn)行歸一化處理，使其在 0 到 1 之間變動，得到基于譜相干密度函數(shù)的調(diào)制密度分布。
（4）其中 ，表示信號能量歸一化過程。為了更好的展示結(jié)果，本文應(yīng)用基于譜相干密度函數(shù)的調(diào)制密度分布進(jìn)行計(jì)算表示。在滾動軸承的故障診斷中，并不需要關(guān)注特定的載波頻率范圍，FAG軸承只需要找到相關(guān)的故障頻率及其倍頻，即信號的調(diào)制頻率。MID 三維的數(shù)據(jù)表達(dá)使得其信息理解困難，同時也增加了自動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的處理難度。
2 仿真分析
為在理論上驗(yàn)證 MID 方法的有效性，通過仿真序列模擬滾動軸承產(chǎn)生的故障振動信號：其中 s（t）表示信號的沖擊波形，它與系統(tǒng)的響應(yīng)頻率有關(guān)，子i 是隨機(jī)分布的時間延遲，用于模擬滾動軸承實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的微小滑移，n （t） 為隨機(jī)白噪聲，信噪比為0.66。設(shè)滾動軸承的響應(yīng)頻率 f=3000Hz，故障特征頻率 琢=100Hz，滑移率為 1%。運(yùn)用 MATLAB 進(jìn)行計(jì)算，得到仿真信號時域波形和頻譜如圖 1 所示。由圖可知仿真信號時域波形和頻譜圖受噪聲的影響較大，無法從中識別信號得故障特征頻率成分。對仿真信號進(jìn)行 MID 分解。從中可以明顯發(fā)現(xiàn)滾動軸承周期沖擊頻率（100Hz）及其倍頻，在理論上證明了該方法在故障特征提取中的有效性。
3 試驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證所提方法的實(shí)用性，采用美國西儲大學(xué)提供的滾動軸承數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)際分析。該數(shù)據(jù)集采用的試驗(yàn)平臺主要由驅(qū)動電機(jī)、振動加速度傳感器、編碼器、聯(lián)軸器和功率計(jì)組成，試驗(yàn)所用軸承為 SKF 6205-2RS深溝球軸承，安裝在電機(jī)驅(qū)動端在滾動軸承外圈加工寬度為 0.18mm，深度為 0.28mm的圓點(diǎn)，模擬外圈故障，試驗(yàn)時電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定為 1750r/min，采樣頻率為 12kHz，驅(qū)動軸上滾動軸承FAG軸承外圈故障特征頻率。應(yīng)用 MID 方法對信號進(jìn)行分解，得到其包絡(luò)譜。從中可識別特征頻率（104.9Hz）及其倍頻和諧波，在誤差允許的范圍內(nèi)與外圈故障特征頻率吻合，由此斷定滾動軸承在外圈上發(fā)生了故障，診斷結(jié)果與實(shí)際預(yù)設(shè)情況一致。綜上分析，MID 方法能夠有效提取滾動軸承故障特征。
調(diào)制密度分布（MID）的基本原理，再通過仿真信號對其理論效果進(jìn)行分析，最后從外圈故障振動信號中提取故障特
征。仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果表明 MID 能夠有效保證信號模態(tài)的分解質(zhì)量，準(zhǔn)確診斷滾動軸承具體故障部位。
