重载货运列车滚动轴承振动故障分析(3)
1.1.2 国内外研究现状与水平
（1） 国外研究状况
（2）国内研究状况
1.1.3 发展趋势
1.2 主要工作安排
通过查阅相关资料和以往研究案例，了解和掌握滚动轴承故障的成因和诊断，在掌握振动信号采集和分析的同时，借助实验室仪器，电脑和相关软件，利用小波和近似熵相结合的方法对滚动轴承振动信号进行分析并进行诊断。
具体的工作如下：
（1）简要的阐述重载货运列车滚动轴承振动故障的意义和目的、国内外研究状况和发展趋势。
（2）阐述滚动轴承振动故障的基本成因。分别介绍了滚动轴承的振动机理,故障特征频率,固有频率和频谱结构。
（3）分析并介绍小波变换理论，小波包分析和近似熵的基本原理和特点。
（4）实施对本课题的计划，包括:对选取的信号进行提取特征信息进行处理，并观察结果。当中，对信号处理会运用到Matlab软件[1]，参考相关书籍完成。
（5）对自己的课题和完成情况进行总结[2]。
2 列车滚动轴承故障诊断基础原理
滚动轴承元件作为列车运行中一个重要元件，它的健康状况将直接影响到列车的运行安全问题。同时，滚动轴承也是极容易损坏失效的元件。据统计，机械设备故障的70%是振动故障造成的，约30%的旋转机械设备故障是由滚动轴承损坏导致的。滚动轴承的工况特点决定了其失效的损伤成因与失效模式复杂多样。失效模式不同，振动特性也不同。因此必须先对滚动轴承的振动信号进行分析处理，提取出故障特征，进而准确地进行故障诊断。就滚动轴承的振动机理、特征频率、固有频率、频谱结构、振动信号的监测方法和故障提取方法作简要介绍。
2.1 列车滚动轴承振动原理
滚动轴承外圈与轴承底座或机壳固定或相对固定联接;内圈与传动轴联结，随传动轴一起运转。由于轴承结构、装配误差及运行中元件故障等内部因素，以及其它零部件的外部因素，当转速和载荷一定时，传动轴、轴承、轴承底座组成的轴承系统将产生激励振动。引起滚动轴承振动的激励很多，因此其运行过程中的振动和噪声信号非常复杂。主要的成因如图2.1。
图 2.1 滚动轴承系统的振动传递途径
对于振动机理的不同，滚动轴承的振动大致可以分为：
（1）轴承本身固有振动。由于轴承是弹性变形物体，承受载荷时，承载区的滚动体的数量和位置不断发生变化，引起轴承系统的总体刚度发生变化，导致柔度变化振动。这种弹性振动与轴承的工作状态没有关系。
（2）与轴承加工精度有关的振动。加工中轴承各元件难免‘出现加工误差，如表面波纹等，也引起轴承振动。
（3）轴承不妥处理或存在缺陷引起的振动。
对于不同和复杂的轴承缺陷样式和失效原因，我就主要对振动的信号进行了分类，主要可分为两种信号：局部损伤类缺陷信号和分布类缺陷信号。分布类缺陷(如磨损)滚动轴承的振动信号与正常轴承相比除振动水平较高外，波形上没有明显的差别。针对磨损轴承振动信号的特点，可用有效值为故障诊断参数。
由图2. 2可以看出轴承的磨损程度和有效值随着使用时间增加而增长。有效值可以大致判断出轴承是否发生磨损故障和故障的严重程度，但无法确定故障发生的部位。
图 2.2 磨损轴承振动信号有效值随使用时间的增长
损伤点通过滚动轴承元件表面时，会产生突变的冲击脉冲力。由于该冲击脉冲力是一个宽带信号，覆盖了轴承系统的固有振动频率，引起轴承系统共振，产生冲击振动，这是局部损伤类故障引起轴承振动信号的主要特点。激振力导致的振动是由多频率成分混在一起的随机振动，轴承故障特征频率为振动信号的主要频率成分