范江波

【摘 要】對(duì)于裝甲車變速箱軸承，故障的及時(shí)以及準(zhǔn)確診斷十分關(guān)鍵，因此，為了實(shí)現(xiàn)這一問題的有效解決，以剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真技術(shù)為主要理論基礎(chǔ)，滿足裝甲車變速箱軸承故障診斷的需求。為此，要結(jié)合軸承雙擊理論，參考裝甲車變速箱軸承相關(guān)參數(shù)，形成軸承剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型，最滿足差異化軸承外圈故障的仿真要求，達(dá)到對(duì)故障特征的準(zhǔn)確剖析，收集不同振動(dòng)信號(hào)所產(chǎn)生的時(shí)頻特征，促使整個(gè)模擬過程更具真實(shí)，仿真效果更具明顯，滿足可行性與準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)。另外，針對(duì)裝甲車所面臨的強(qiáng)大沖擊，需要以此為標(biāo)準(zhǔn)，形成變速箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以小波包分解法為手段，分析包洛譜信息價(jià)值，提升故障診斷水平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱軸承故障的動(dòng)態(tài)掌控，為裝甲車安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

【關(guān)鍵詞】裝甲車；變速箱；滾動(dòng)軸承；故障

對(duì)于裝甲車運(yùn)行，需要面對(duì)復(fù)雜的工況，極具惡劣性。變速箱故障之所以具有研究?jī)r(jià)值，主要原因是其強(qiáng)大影響力。為此，要對(duì)其給予高度重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在根本上保證裝甲車的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。

一、裝甲車軸承故障定位診斷系統(tǒng)類型介紹

首先，對(duì)于軸承-軸承座有限元模型，能夠借助仿真模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)整體狀況優(yōu)化與完善的目的。其次，對(duì)于有限元仿真方式，能夠以載荷為基礎(chǔ)條件，對(duì)軸承外圈故障進(jìn)行響應(yīng)診斷，形成模型，能夠明確非平衡荷載條件下，軸承滾動(dòng)體對(duì)外圈形成的實(shí)際沖擊荷載值。再次，有限元方式以沖擊荷載為依據(jù)，探討轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)際響應(yīng)狀態(tài)。第四，以軸承徑向?yàn)閰⒖贾?，結(jié)合轉(zhuǎn)速，依托ANSYS/LA-DYNA，掌握滾動(dòng)軸承動(dòng)力學(xué)的高效仿真，形成軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖。第五，依靠LS-DYNA仿真，分析軸承滾動(dòng)體與滾道直接的接觸力，達(dá)到對(duì)振動(dòng)效應(yīng)實(shí)際情況的掌握，與此同時(shí)，明確滾動(dòng)體進(jìn)入缺陷以及離開缺陷時(shí)間點(diǎn)滾動(dòng)體和滾動(dòng)道之間接觸力的實(shí)際變化狀態(tài)。第六，依托ADAMS平臺(tái)，分析了高速圓柱滾子軸承，探討了差異化保持架引導(dǎo)模式下高速圓柱滾子軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)原則與規(guī)律。

在新的發(fā)展階段，要將軸承故障機(jī)理分析工作作為重點(diǎn)，明確主要特征，采取定量分析的模式，充分發(fā)揮ADAMS軸承剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型的實(shí)用價(jià)值，保證仿真的有效性。

二、基于專業(yè)角度對(duì)軸承雙沖擊理論的闡述

一旦軸承外圈出現(xiàn)異常，發(fā)生故障，故障規(guī)模會(huì)直接影響振動(dòng)響應(yīng)。在故障最初形成階段，其產(chǎn)生的變化不大，影響較小，同時(shí)，響應(yīng)信號(hào)集中體現(xiàn)為單沖擊，隨著故障程度的不斷增強(qiáng)，在達(dá)到某一值，此時(shí)滾動(dòng)體出現(xiàn)問題，隨即發(fā)生第一次沖擊。隨后，在故障不斷加劇的過程中，出現(xiàn)第二次沖擊，此時(shí)，軸承故障信號(hào)不在維持不變，體現(xiàn)為雙沖擊。不同程度的故障表現(xiàn)為差異化的響應(yīng)。立足雙沖擊時(shí)段，時(shí)域信號(hào)在間隔方面更顯多樣性。從本質(zhì)上講，沖擊間隔與故障大小以及寬度息息相關(guān)。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，雙擊時(shí)間與故障寬度呈現(xiàn)正比例關(guān)系，需要結(jié)合雙擊時(shí)間，明確故障程度，達(dá)到軸承故障大小的準(zhǔn)確定量與診斷。

三、依托ADAMS對(duì)滾動(dòng)軸承動(dòng)力學(xué)仿真的探討

1.以Solidworks為基礎(chǔ)完成滾動(dòng)軸承三維實(shí)體的建模

為了進(jìn)行故障的深入研究，需要依托Solidworks軟件進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)四種故障，選取不同故障寬度的軸承外圈以及正常內(nèi)圈，聯(lián)合維護(hù)架與滾動(dòng)體，形成三維模型。具體講，需要對(duì)外圈故障寬度進(jìn)行事先設(shè)置，確定為0.5mm，同時(shí)，將軸承外圈故障大小設(shè)計(jì)為0.5mm，2mm，3.5mm以及5mm，結(jié)合這四種不同故障規(guī)格，形成對(duì)應(yīng)故障類型，實(shí)現(xiàn)了不同尺寸外圈故障軸承導(dǎo)入ADAMS系統(tǒng)的目的。在隨后的操作中，以尺寸為依據(jù)，實(shí)施柔性化操作，將其置于ANSYS之中，實(shí)現(xiàn)柔性外圈對(duì)剛性外圈的替代，形成包含外圈故障的剛性耦合模型。

2.對(duì)仿真的綜合分析與研究

立足仿真研究，ADAMS的自帶差值的使用具有必然性，將其優(yōu)勢(shì)與作用有效發(fā)揮在軸承外圈加速度時(shí)域信號(hào)圖的處理環(huán)節(jié)中，將數(shù)字導(dǎo)入Matlab，后期差異化故障條件下的軸承外圈頻譜圖，還囊括包絡(luò)圖以及時(shí)域局部放大圖。根據(jù)時(shí)域圖，能夠確定沖擊的周期性特點(diǎn)。同時(shí)，包洛解調(diào)譜肯定了外圈故障特征的頻率性，凸顯較強(qiáng)的倍頻成分。如果外圈故障級(jí)別處于0.5mm的范圍，那么，故障單沖擊脈沖體現(xiàn)在時(shí)域放大圖中，在故障不斷擴(kuò)大的形勢(shì)下，雙沖擊也會(huì)隨即出現(xiàn)，凸顯脈沖間隔與故障寬度的關(guān)系，二者呈現(xiàn)正比例關(guān)系。由此可見，故障軸承時(shí)域信號(hào)圖的作用是表達(dá)雙沖擊時(shí)間間隔與軸承尺寸，保證故障定位的高效性。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真效果的考驗(yàn)，需要依托電火花加工方式，對(duì)外圈故障進(jìn)行程度劃分，一般設(shè)置為四個(gè)差異化的大小，構(gòu)建矩形故障區(qū)域，聯(lián)合保持架、滾動(dòng)體以及內(nèi)圈，形成四肢不同外圈故障大小的軸承，在此基礎(chǔ)上，收集四種加速振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，得到相應(yīng)的頻譜圖、包絡(luò)圖以及時(shí)域局部放大圖。實(shí)驗(yàn)證明，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性。如果故障處于0.5mm階段，振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的時(shí)域圖只能體現(xiàn)為單沖擊，雙沖擊不存在發(fā)生的條件。在故障尺寸不對(duì)增大的過程中，也就是達(dá)到2mm、3.5mm以及5mm的時(shí)候，振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中就會(huì)出現(xiàn)雙擊現(xiàn)象，同時(shí)，結(jié)合不同故障時(shí)域放大圖，能夠明確雙沖擊時(shí)間間隔，這一數(shù)據(jù)印證了理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)仿真結(jié)果給予肯定。

四、基于強(qiáng)沖擊環(huán)境對(duì)變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷的探討

1.加強(qiáng)沖擊環(huán)境變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷分析的背景

對(duì)于裝甲車而言，其運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，很容易遭到強(qiáng)大沖擊，滾動(dòng)軸承發(fā)生故障，同時(shí)，這種故障會(huì)產(chǎn)生較大的影響力?；诖?，要以強(qiáng)沖擊為條件，對(duì)變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，以便能夠在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，給予更換，避免事故的發(fā)生，在根本上保證變速箱以及裝甲車的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.強(qiáng)沖擊條件下變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷方法

變速箱振動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定性不強(qiáng)，同時(shí)是非線性狀態(tài)，需要面對(duì)調(diào)制問題。在傳統(tǒng)診斷中，與頻域法為主要手段，滯后性嚴(yán)重，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)沖擊環(huán)境下下變速箱滾動(dòng)軸承故障特征的準(zhǔn)確提取?；诖?，小波包分析法引入其中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低頻與高頻信號(hào)的同時(shí)分解，滿足非平穩(wěn)信號(hào)分析處理要求。具體講，在滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障的時(shí)候，降低某些頻段能量，與此同時(shí)，造成另外一些頻段信號(hào)能量的增加。由此可見，可以依托能量法確定故障范圍。變換法主要作用是對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)低頻故障與高頻故障特征的分離。同時(shí)，以小波包分析法為主要方式，對(duì)負(fù)載擾動(dòng)背景下的變頻調(diào)速系統(tǒng)的故進(jìn)行診斷，從而明確負(fù)載變化與信號(hào)特征的實(shí)際關(guān)系。在應(yīng)用小波包-包洛譜分析的施工，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軸承外圈故障頻率的準(zhǔn)確提取，掌握滾動(dòng)體的故障特征。

3.小波包-包洛譜分析法介紹

對(duì)于小波包分析法，其小波分析為手段，能夠滿足分解的精細(xì)化，保證重構(gòu)的合理性，達(dá)到高頻與低頻的分解要求。同時(shí)，能夠采取自適應(yīng)的手段，對(duì)頻段進(jìn)行合理選擇，保證彼此之間的適應(yīng)性，切實(shí)提升視頻分辨率。對(duì)于Hilbert變換，主要體現(xiàn)的是對(duì)時(shí)域信號(hào)絕對(duì)值的包洛，可以從信號(hào)中進(jìn)行調(diào)制信號(hào)的提取，達(dá)到對(duì)調(diào)制變換的分析，凸顯故障特征提取。

五、結(jié)束語

綜上，鑒于裝甲車運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜，其故障問題不容忽視，尤其是要結(jié)合裝甲車變速箱軸承相關(guān)參數(shù)，發(fā)揮ADAMS軸承剛性耦合動(dòng)力學(xué)模式的作用，雙沖擊理論進(jìn)行深入分析，結(jié)合不同規(guī)格的軸承外圈故障，在對(duì)振動(dòng)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析的前提下，對(duì)雙擊現(xiàn)象進(jìn)行探討，借助差異化的時(shí)間間隔，判定軸承外圈故障寬度，達(dá)到對(duì)軸承外圈故障的精準(zhǔn)定位與診斷，為裝甲車安全、可靠運(yùn)行提供保障。

【參考文獻(xiàn)】

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