基于多技術(shù)融合的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)體系中，機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，從精密的醫(yī)療器械到大型的工業(yè)制造設(shè)備，從高速運(yùn)行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)到深海作業(yè)的潛水裝備，它們都扮演著不可或缺的角色。而齒輪變速箱作為機(jī)械設(shè)備動(dòng)力傳遞和速度轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，其運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)效率。在眾多齒輪變速箱中，BJ2020N齒輪變速箱以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和性能，在汽車、工程機(jī)械等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。滾動(dòng)軸承作為BJ2020N齒輪變速箱的核心部件之一，通過滾動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)力的傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，具有摩擦小、效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠支撐旋轉(zhuǎn)部件、承受載荷、減少摩擦以及傳遞動(dòng)力。其性能的優(yōu)劣直接影響著BJ2020N齒輪變速箱的工作精度、可靠性和壽命。一旦BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)加劇、噪音增大、溫度升高，甚至引發(fā)設(shè)備停機(jī)或損壞，給企業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。在汽車行駛過程中，若BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承突發(fā)故障，可能致使車輛失去動(dòng)力、方向失控，不僅危及駕乘人員的生命安全，還會(huì)對(duì)道路交通安全造成嚴(yán)重威脅；在工程機(jī)械作業(yè)場(chǎng)景中，故障可能導(dǎo)致施工中斷，延誤工期，增加施工成本，甚至引發(fā)安全事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在各類機(jī)械設(shè)備故障中，滾動(dòng)軸承故障所占比例高達(dá)30%-40%，而由齒輪變速箱故障引發(fā)的生產(chǎn)事故中，約有50%與滾動(dòng)軸承故障密切相關(guān)。傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承故障診斷方法主要依賴于振動(dòng)信號(hào)分析、聲音識(shí)別、溫度監(jiān)測(cè)等技術(shù)。時(shí)域分析方法通過計(jì)算均值、方差、峰值指標(biāo)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)來評(píng)估軸承狀態(tài)，但這些參數(shù)對(duì)于復(fù)雜故障模式的表征能力有限；頻域分析利用傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，通過分析特征頻率來識(shí)別故障，但對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào)的處理效果不佳；時(shí)頻分析方法如小波變換、短時(shí)傅里葉變換等，雖然能夠在一定程度上處理非平穩(wěn)信號(hào)，但在特征提取的準(zhǔn)確性和全面性方面仍存在不足。這些傳統(tǒng)方法還存在靈敏度不足、需要專業(yè)知識(shí)解讀、對(duì)環(huán)境條件敏感等問題，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)設(shè)備故障診斷準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和智能化的要求。因此，深入研究BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)，開發(fā)更加高效、準(zhǔn)確、智能的故障診斷方法，對(duì)于保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的研究歷史頗為悠久，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)圍繞該領(lǐng)域展開了深入探索，從理論研究到實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。在國(guó)外，美國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在滾動(dòng)軸承故障診斷領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。美國(guó)的西屋電氣公司早在20世紀(jì)60年代就開始了設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究，并將其應(yīng)用于電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)與維護(hù)。他們通過對(duì)大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，建立了故障預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備故障的早期預(yù)警。德國(guó)的西門子公司在滾動(dòng)軸承故障診斷方面也有著深厚的技術(shù)積累，其研發(fā)的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集軸承的振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并運(yùn)用先進(jìn)的信號(hào)處理算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確判斷軸承的運(yùn)行狀態(tài)。日本的NSK、NTN等軸承制造企業(yè)，在滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面投入了大量資源，不僅開發(fā)出了高精度的軸承故障檢測(cè)設(shè)備，還提出了一系列基于振動(dòng)分析、油液監(jiān)測(cè)等技術(shù)的故障診斷方法，有效提高了軸承的可靠性和使用壽命。早期的滾動(dòng)軸承故障診斷主要基于傳統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)，通過對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、聲音、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析，提取特征來判斷軸承的狀態(tài)。時(shí)域分析方法是最早被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一，通過計(jì)算均值、方差、峰值指標(biāo)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)來評(píng)估軸承狀態(tài)。這些參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單，能夠快速反映信號(hào)的整體特征，但對(duì)于復(fù)雜故障模式的特征提取能力有限，難以準(zhǔn)確區(qū)分不同類型的故障。頻域分析方法利用傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，通過分析特征頻率來識(shí)別故障，對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)具有較好的診斷效果。但在處理非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)，由于信號(hào)的頻率成分隨時(shí)間變化，傳統(tǒng)的傅里葉變換無法準(zhǔn)確捕捉到信號(hào)的時(shí)變特征，導(dǎo)致診斷準(zhǔn)確率下降。為了克服傳統(tǒng)信號(hào)處理方法在處理非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)的局限性，時(shí)頻分析方法應(yīng)運(yùn)而生。小波變換、短時(shí)傅里葉變換等時(shí)頻分析技術(shù)，能夠在時(shí)間和頻率兩個(gè)維度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，在一定程度上解決了非平穩(wěn)信號(hào)的處理問題。小波變換通過選擇合適的小波基函數(shù)，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行多分辨率分析，有效地提取信號(hào)的時(shí)變特征；短時(shí)傅里葉變換則通過加窗的方式，將信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行分段，然后對(duì)每一段信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，從而得到信號(hào)的時(shí)頻分布。這些時(shí)頻分析方法在滾動(dòng)軸承故障診斷中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果。隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代智能診斷技術(shù)逐漸成為滾動(dòng)軸承故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中提取規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械故障的診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的非線性映射能力和自學(xué)習(xí)能力，能夠?qū)?fù)雜的故障模式進(jìn)行準(zhǔn)確分類；支持向量機(jī)則基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則，在小樣本、非線性分類問題上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。深度學(xué)習(xí)模型如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）及其變體長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）等，能夠自動(dòng)從原始數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)到高層次的特征表示，從而克服傳統(tǒng)方法中需要手工設(shè)計(jì)特征的限制，提高了診斷的準(zhǔn)確性和魯棒性。CNN通過卷積層和池化層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，能夠有效地處理圖像、信號(hào)等數(shù)據(jù)；RNN及其變體LSTM則特別適用于處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)，能夠捕捉數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)期依賴關(guān)系。國(guó)內(nèi)在滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)方面的研究起步相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。許多高校和科研機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，在該領(lǐng)域開展了大量的研究工作，并取得了一系列具有國(guó)際影響力的成果。國(guó)內(nèi)學(xué)者不僅在理論研究方面取得了突破，還注重將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程中，推動(dòng)了滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在航空航天領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承的故障診斷問題，研發(fā)了基于多傳感器信息融合和深度學(xué)習(xí)的故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸承故障的高精度診斷和預(yù)測(cè)；在電力能源領(lǐng)域，通過對(duì)發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，提出了一種基于改進(jìn)小波包分解和支持向量機(jī)的故障診斷方法，有效提高了故障診斷的準(zhǔn)確率。盡管國(guó)內(nèi)外在滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，但在針對(duì)BJ2020N齒輪變速箱的應(yīng)用研究中，仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的故障診斷方法大多是基于通用的滾動(dòng)軸承模型進(jìn)行研究，沒有充分考慮BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承的特殊結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境。該變速箱在汽車行駛過程中會(huì)受到復(fù)雜的載荷、振動(dòng)和沖擊，其滾動(dòng)軸承的故障模式和特征與普通滾動(dòng)軸承存在差異，傳統(tǒng)的診斷方法難以準(zhǔn)確識(shí)別這些特殊故障。另一方面，對(duì)于多故障并發(fā)的情況，目前的診斷技術(shù)還存在一定的局限性。在實(shí)際運(yùn)行中，BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承可能同時(shí)出現(xiàn)多種故障，如內(nèi)圈故障、外圈故障和滾動(dòng)體故障等，現(xiàn)有的診斷方法往往只能識(shí)別單一故障，對(duì)于多故障的診斷準(zhǔn)確率較低。此外，在實(shí)時(shí)性和智能化方面，當(dāng)前的故障診斷系統(tǒng)也有待進(jìn)一步提高。隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，對(duì)設(shè)備故障診斷的實(shí)時(shí)性和智能化要求越來越高，需要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，并自動(dòng)進(jìn)行故障診斷和預(yù)警的系統(tǒng)，但現(xiàn)有的診斷系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理速度和智能化決策方面還不能完全滿足實(shí)際需求。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本文圍繞BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷展開多維度研究，綜合運(yùn)用多種方法，旨在構(gòu)建一套高效、準(zhǔn)確的故障診斷體系。在研究?jī)?nèi)容方面，深入剖析BJ2020N齒輪變速箱的結(jié)構(gòu)與工作原理。通過查閱產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)手冊(cè)以及相關(guān)工程資料，詳細(xì)了解其內(nèi)部齒輪、軸、滾動(dòng)軸承等關(guān)鍵部件的布局、連接方式和傳動(dòng)路徑，明確滾動(dòng)軸承在動(dòng)力傳遞和速度變換過程中的具體作用和工作狀態(tài)，為后續(xù)故障診斷研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。以某型號(hào)搭載BJ2020N齒輪變速箱的汽車為研究對(duì)象，獲取其在不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括轉(zhuǎn)速、扭矩、油溫等參數(shù)，分析這些參數(shù)對(duì)滾動(dòng)軸承工作狀態(tài)的影響。對(duì)滾動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的機(jī)理和常見失效形式進(jìn)行深入探究。通過模擬實(shí)驗(yàn)和理論分析，研究疲勞磨損、塑性變形、腐蝕、斷裂等失效形式的產(chǎn)生原因和發(fā)展過程。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，利用軸承壽命試驗(yàn)機(jī)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，模擬不同的工作載荷和轉(zhuǎn)速條件，觀察軸承在運(yùn)行過程中的磨損情況和表面形貌變化，分析疲勞磨損的產(chǎn)生機(jī)制?；诓牧狭W(xué)和摩擦學(xué)理論，建立滾動(dòng)軸承故障的數(shù)學(xué)模型，從微觀層面揭示故障產(chǎn)生的力學(xué)本質(zhì)和物理過程。系統(tǒng)研究信號(hào)處理的一般方法，以及功率譜、共振解調(diào)和小波分析的基本原理，并將其應(yīng)用于滾動(dòng)軸承故障診斷。對(duì)采集到的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲和干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。采用功率譜分析方法，將時(shí)域振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，分析信號(hào)的頻率成分和能量分布，尋找與滾動(dòng)軸承故障相關(guān)的特征頻率。當(dāng)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)故障時(shí)，在功率譜圖上會(huì)出現(xiàn)與內(nèi)圈故障特征頻率相關(guān)的峰值。利用共振解調(diào)技術(shù)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，突出故障沖擊信號(hào)，提高故障診斷的靈敏度，特別是對(duì)于早期故障的診斷具有重要意義。針對(duì)瞬時(shí)突變的非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)，運(yùn)用小波分析方法進(jìn)行多分辨率分析，提取信號(hào)的時(shí)變特征，準(zhǔn)確識(shí)別故障類型和故障程度。以BJ2020N齒輪變速箱中滾動(dòng)軸承50306為具體研究對(duì)象，利用INV306及DASP2006采集分析系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)分析方法（功率譜、共振解調(diào)）和新的理論（小波分析），完成整個(gè)診斷過程。在實(shí)際車輛或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上安裝振動(dòng)傳感器，采集滾動(dòng)軸承在不同運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)。對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，根據(jù)功率譜、共振解調(diào)以及小波分析的結(jié)果，判斷滾動(dòng)軸承是否存在故障，以及故障的類型和位置。若在功率譜圖中發(fā)現(xiàn)異常頻率成分，且共振解調(diào)信號(hào)出現(xiàn)明顯的沖擊特征，結(jié)合小波分析提取的故障特征信息，綜合判斷滾動(dòng)軸承可能存在滾動(dòng)體故障。通過實(shí)際案例驗(yàn)證所提出的故障診斷方法的有效性和準(zhǔn)確性。在研究方法上，采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式。在理論分析方面，運(yùn)用機(jī)械原理、材料力學(xué)、信號(hào)處理等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，深入研究滾動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的機(jī)理和診斷方法的原理?；跈C(jī)械動(dòng)力學(xué)理論，分析滾動(dòng)軸承在不同載荷和轉(zhuǎn)速下的受力情況，推導(dǎo)故障特征頻率的計(jì)算公式；運(yùn)用信號(hào)處理理論，研究功率譜、共振解調(diào)和小波分析等方法在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用原理和實(shí)現(xiàn)步驟。在實(shí)驗(yàn)研究方面，搭建滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬不同類型和程度的故障，采集振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。利用故障模擬裝置，對(duì)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體進(jìn)行人工損傷，模擬常見的故障形式，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的結(jié)果，優(yōu)化診斷方法。結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析驗(yàn)證。選取多輛搭載BJ2020N齒輪變速箱的車輛，在實(shí)際運(yùn)行過程中采集滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)，并記錄車輛的運(yùn)行工況和故障情況。對(duì)這些實(shí)際案例進(jìn)行深入分析，將診斷結(jié)果與實(shí)際故障情況進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估診斷方法的準(zhǔn)確性和可靠性。若在某實(shí)際案例中，診斷方法準(zhǔn)確判斷出滾動(dòng)軸承存在外圈故障，且通過拆解檢查得到證實(shí)，說明該診斷方法在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的可靠性。通過實(shí)際案例的分析驗(yàn)證，不斷改進(jìn)和完善故障診斷方法，使其更符合實(shí)際工程需求。二、BJ2020N齒輪變速箱及滾動(dòng)軸承概述2.1BJ2020N齒輪變速箱結(jié)構(gòu)與工作原理BJ2020N齒輪變速箱作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，承擔(dān)著將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力進(jìn)行合理分配和轉(zhuǎn)換，以滿足車輛在不同行駛工況下的需求。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊且復(fù)雜，由多個(gè)關(guān)鍵部件協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和變速功能。從整體結(jié)構(gòu)來看，BJ2020N齒輪變速箱主要由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)兩大部分組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和變速的核心部分，主要包含各類齒輪、軸以及滾動(dòng)軸承等部件。其中，齒輪是實(shí)現(xiàn)變速的關(guān)鍵元件，根據(jù)不同的傳動(dòng)比要求，設(shè)計(jì)了多種齒數(shù)和模數(shù)的齒輪，這些齒輪相互嚙合，通過改變嚙合齒輪的組合方式，實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。軸則用于支撐齒輪，并將動(dòng)力從輸入軸傳遞到輸出軸，根據(jù)功能的不同，可分為輸入軸、輸出軸和中間軸等。滾動(dòng)軸承作為連接軸與箱體的關(guān)鍵部件，安裝在軸與箱體的配合處，其作用是支撐軸的旋轉(zhuǎn)，減少軸與箱體之間的摩擦和磨損，同時(shí)保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。在BJ2020N齒輪變速箱中，輸入軸直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力首先傳遞到輸入軸上，使輸入軸高速旋轉(zhuǎn)。輸入軸上安裝有多個(gè)不同齒數(shù)的齒輪，這些齒輪與中間軸或輸出軸上的對(duì)應(yīng)齒輪相嚙合。通過操縱機(jī)構(gòu)的控制，選擇不同的齒輪副進(jìn)行嚙合，從而實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比。當(dāng)車輛需要低速行駛或爬坡時(shí)，選擇傳動(dòng)比較大的齒輪副，此時(shí)輸出軸的轉(zhuǎn)速降低，但扭矩增大，能夠提供足夠的牽引力；當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)，選擇傳動(dòng)比較小的齒輪副，輸出軸的轉(zhuǎn)速升高，以滿足車輛高速行駛的需求。操縱機(jī)構(gòu)是控制變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換擋操作的裝置，主要由換擋桿、撥叉、撥叉軸等部件組成。駕駛員通過操作換擋桿，帶動(dòng)撥叉軸的移動(dòng)，進(jìn)而使撥叉推動(dòng)相應(yīng)的齒輪在軸上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同齒輪副的嚙合和分離，完成換擋過程。為了確保換擋的平順性和可靠性，操縱機(jī)構(gòu)還配備了同步器裝置。同步器的作用是在換擋時(shí)，使待嚙合的齒輪轉(zhuǎn)速迅速同步，減少齒輪之間的沖擊和磨損，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換擋。在車輛行駛過程中，當(dāng)駕駛員需要換擋時(shí)，首先踩下離合器踏板，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的動(dòng)力傳遞，使輸入軸停止旋轉(zhuǎn)。然后，通過操作換擋桿，將換擋信號(hào)傳遞給撥叉軸，撥叉軸帶動(dòng)撥叉移動(dòng)。撥叉推動(dòng)同步器的滑塊，使同步器的錐環(huán)與待嚙合齒輪的錐面接觸，通過摩擦力使兩者的轉(zhuǎn)速迅速同步。當(dāng)轉(zhuǎn)速同步后，同步器的接合套在撥叉的作用下，移動(dòng)到與待嚙合齒輪的齒圈相嚙合的位置，實(shí)現(xiàn)換擋操作。換擋完成后，松開離合器踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力重新傳遞到變速箱，車輛繼續(xù)行駛。在一檔行駛時(shí)，動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到輸入軸，輸入軸上的一檔主動(dòng)齒輪與中間軸上的一檔從動(dòng)齒輪相嚙合，中間軸上的一檔從動(dòng)齒輪帶動(dòng)中間軸旋轉(zhuǎn)。中間軸上的另一齒輪與輸出軸上的一檔齒輪相嚙合，將動(dòng)力傳遞到輸出軸，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出，滿足車輛起步或爬坡的需求。當(dāng)駕駛員需要換入二檔時(shí)，踩下離合器踏板，通過操縱機(jī)構(gòu)使一檔齒輪分離，同時(shí)使二檔齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)。動(dòng)力從輸入軸通過二檔主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪傳遞到輸出軸，此時(shí)由于傳動(dòng)比的改變，輸出軸的轉(zhuǎn)速升高，扭矩減小，適應(yīng)車輛中速行駛的工況。依此類推，通過不同齒輪副的切換，BJ2020N齒輪變速箱可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)檔位的變速，滿足車輛在各種行駛條件下的動(dòng)力需求。2.2滾動(dòng)軸承在齒輪變速箱中的作用與類型在BJ2020N齒輪變速箱中，滾動(dòng)軸承扮演著極為關(guān)鍵的角色，其性能直接影響著整個(gè)變速箱的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。滾動(dòng)軸承的首要作用是支撐軸的旋轉(zhuǎn)。在變速箱工作時(shí)，軸會(huì)高速旋轉(zhuǎn)并傳遞動(dòng)力，滾動(dòng)軸承作為軸與箱體之間的支撐部件，能夠承受軸的徑向和軸向載荷，確保軸在旋轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。若滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障，軸的旋轉(zhuǎn)精度會(huì)受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致齒輪嚙合不良，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)、噪音增大等問題。滾動(dòng)軸承還能有效減少軸與箱體之間的摩擦和磨損。相較于滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦系數(shù)極小，能夠顯著降低能量損耗，提高變速箱的傳動(dòng)效率。據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用滾動(dòng)軸承的齒輪變速箱，其傳動(dòng)效率可比采用滑動(dòng)軸承的變速箱提高10%-15%。這不僅有助于降低車輛的燃油消耗，還能減少因摩擦產(chǎn)生的熱量，延長(zhǎng)變速箱的使用壽命。在BJ2020N齒輪變速箱中，常見的滾動(dòng)軸承類型主要有深溝球軸承、圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承。深溝球軸承是最為常用的一種滾動(dòng)軸承，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、摩擦阻力小、極限轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)。其主要承受徑向載荷，也能承受一定的軸向載荷。在BJ2020N齒輪變速箱中，深溝球軸承常用于支撐轉(zhuǎn)速較高、載荷相對(duì)較小的軸，如輸入軸的前端支撐部位。由于輸入軸直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，轉(zhuǎn)速較高，而該部位所承受的載荷主要為徑向力，深溝球軸承能夠很好地滿足這一工作要求，保證輸入軸的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。圓錐滾子軸承可以同時(shí)承受較大的徑向載荷和軸向載荷，并且能夠承受一定的沖擊載荷。其內(nèi)外圈可分離，安裝和拆卸較為方便。在BJ2020N齒輪變速箱中，圓錐滾子軸承常用于支撐承受較大軸向力的軸，如輸出軸的支撐部位。輸出軸在傳遞動(dòng)力時(shí)，不僅要承受來自齒輪的徑向力，還會(huì)受到來自車輛行駛過程中的軸向力，圓錐滾子軸承能夠有效地承受這些載荷，確保輸出軸的正常工作。在車輛爬坡或急加速時(shí)，輸出軸會(huì)受到較大的軸向力，圓錐滾子軸承能夠憑借其良好的承載能力，保證輸出軸的穩(wěn)定性，避免因軸向力過大而導(dǎo)致的軸位移或損壞。圓柱滾子軸承的滾子與滾道呈線接觸，承載能力強(qiáng)，能夠承受較大的徑向載荷和沖擊載荷，但一般不能承受軸向載荷。在BJ2020N齒輪變速箱中，圓柱滾子軸承常用于大功率、高轉(zhuǎn)速且承受較大徑向載荷的部位，如中間軸的支撐。中間軸在變速箱中承擔(dān)著傳遞動(dòng)力和變速的重要任務(wù)，需要承受較大的徑向載荷，圓柱滾子軸承能夠充分發(fā)揮其承載能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，保證中間軸的可靠運(yùn)行。在變速箱高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，中間軸會(huì)受到較大的徑向力和沖擊，圓柱滾子軸承能夠有效地分散這些力，減少軸的變形和磨損，確保變速箱的正常工作。三、滾動(dòng)軸承故障機(jī)理與常見故障形式3.1故障產(chǎn)生機(jī)理分析滾動(dòng)軸承在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，由于受到各種復(fù)雜因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障。深入探究其故障產(chǎn)生機(jī)理，對(duì)于準(zhǔn)確診斷故障、采取有效的預(yù)防措施具有重要意義。疲勞磨損是滾動(dòng)軸承常見的故障產(chǎn)生原因之一。在工作過程中，滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體與滾道之間承受著周期性的脈動(dòng)載荷，產(chǎn)生周期變化的接觸應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，在滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道工作面上就會(huì)產(chǎn)生疲勞剝落。這一過程通常始于接觸表面下最大交變切應(yīng)力處，初始疲勞裂紋在此萌生，隨后逐漸擴(kuò)展至表面，形成不同形狀的剝落，如點(diǎn)狀的點(diǎn)蝕、麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的淺層剝落，以及深層剝落等。隨著剝落面的不斷擴(kuò)大，軸承的性能逐漸下降，最終導(dǎo)致失效。在汽車行駛過程中，BJ2020N齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承頻繁承受來自路面的沖擊和振動(dòng)載荷，這些載荷的反復(fù)作用使得滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力不斷變化，加速了疲勞磨損的進(jìn)程。若車輛經(jīng)常在崎嶇不平的道路上行駛，或者頻繁進(jìn)行急加速、急剎車等操作，滾動(dòng)軸承所承受的載荷會(huì)更加復(fù)雜和劇烈，疲勞磨損的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)相應(yīng)增加。潤(rùn)滑不良也是引發(fā)滾動(dòng)軸承故障的關(guān)鍵因素。潤(rùn)滑在滾動(dòng)軸承中起著至關(guān)重要的作用，主要是通過在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表面之間形成潤(rùn)滑油膜，將滾動(dòng)體和滾道分隔開，從而減小摩擦和磨損。當(dāng)出現(xiàn)潤(rùn)滑不良時(shí)，潤(rùn)滑油膜無法有效形成或被破壞，滾動(dòng)體與滾道之間就會(huì)發(fā)生直接的金屬接觸，導(dǎo)致摩擦增大，磨損加劇。這不僅會(huì)使軸承的溫度急劇升高，還可能引發(fā)表面燒傷、膠合等嚴(yán)重問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在滾動(dòng)軸承失效案例中，約有50%與潤(rùn)滑不良有關(guān)。在BJ2020N齒輪變速箱中，若潤(rùn)滑油的選擇不當(dāng)，其粘度不符合變速箱的工作要求，就無法在滾動(dòng)體和滾道之間形成足夠厚度的潤(rùn)滑油膜，導(dǎo)致潤(rùn)滑效果不佳；若潤(rùn)滑油的量不足，無法充分覆蓋滾動(dòng)體和滾道，也會(huì)造成局部潤(rùn)滑不良，增加磨損的風(fēng)險(xiǎn)。此外，潤(rùn)滑油受到污染，混入雜質(zhì)、水分等，會(huì)降低其潤(rùn)滑性能，加速軸承的磨損。過載同樣是導(dǎo)致滾動(dòng)軸承故障的重要原因。當(dāng)滾動(dòng)軸承承受的載荷超過其設(shè)計(jì)承載能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生過載現(xiàn)象。這可能是由于主機(jī)突發(fā)故障，如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩突然增大，或者安裝不當(dāng)，導(dǎo)致軸承承受額外的附加載荷。過載會(huì)使?jié)L動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力大幅增加，超過材料的屈服強(qiáng)度，從而引起塑性變形。塑性變形會(huì)改變軸承的幾何形狀和尺寸精度，導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲增大。隨著過載程度的加劇和時(shí)間的延長(zhǎng)，軸承可能會(huì)出現(xiàn)裂紋、斷裂等嚴(yán)重故障。在工程機(jī)械作業(yè)中，若操作人員違規(guī)操作，使設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于超載運(yùn)行狀態(tài)，BJ2020N齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承就會(huì)承受過大的載荷，極易引發(fā)過載故障。若在裝載貨物時(shí)超過了設(shè)備的額定載重，或者在作業(yè)過程中遇到突然的阻力，如挖掘時(shí)遇到堅(jiān)硬的巖石，都會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承面臨過載的風(fēng)險(xiǎn)。此外，安裝不當(dāng)、腐蝕、電蝕等因素也可能導(dǎo)致滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障。安裝時(shí)，如果軸承的安裝位置不準(zhǔn)確，軸與軸承的同軸度差，或者過盈量選擇不當(dāng)，會(huì)使軸承在工作過程中承受不均勻的載荷，從而加速磨損和疲勞失效。在BJ2020N齒輪變速箱的安裝過程中，若未能嚴(yán)格按照安裝工藝要求進(jìn)行操作，導(dǎo)致軸承安裝偏斜，會(huì)使?jié)L動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力分布不均，局部應(yīng)力過大，進(jìn)而引發(fā)故障。當(dāng)滾動(dòng)軸承接觸到水、水汽以及腐蝕性介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生生銹和腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致表面材料受損，強(qiáng)度降低。在潮濕的工作環(huán)境中，或者在清洗變速箱時(shí)，若水分進(jìn)入軸承內(nèi)部，未及時(shí)干燥處理，就會(huì)引發(fā)腐蝕故障。在一些特殊的工作場(chǎng)合，如電機(jī)等設(shè)備中，滾動(dòng)軸承還可能受到微電流和靜電的作用，產(chǎn)生電蝕現(xiàn)象，使表面出現(xiàn)局部的熔化和凹凸不平，影響軸承的正常運(yùn)行。3.2常見失效形式滾動(dòng)軸承在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，會(huì)受到各種復(fù)雜因素的影響，從而出現(xiàn)多種失效形式。了解這些常見失效形式及其特征和形成過程，對(duì)于及時(shí)準(zhǔn)確地診斷滾動(dòng)軸承故障具有重要意義。磨損是滾動(dòng)軸承常見的失效形式之一，可分為磨粒磨損和粘著磨損。磨粒磨損通常是由于外來堅(jiān)硬粒子或硬質(zhì)異物、金屬表面的磨屑等進(jìn)入軸承工作表面，在接觸表面相對(duì)移動(dòng)時(shí)，這些硬質(zhì)顆粒像磨料一樣對(duì)軸承表面進(jìn)行切削和刮擦，從而在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷，使軸承表面材料逐漸損失。在BJ2020N齒輪變速箱中，若潤(rùn)滑油中混入了金屬碎屑、灰塵等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在滾動(dòng)體與滾道之間循環(huán)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致磨粒磨損的發(fā)生。隨著磨損的不斷加劇，軸承的間隙會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲增大，精度下降，最終影響齒輪變速箱的正常工作。粘著磨損則是在潤(rùn)滑條件嚴(yán)重惡化時(shí)，由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均，局部摩擦生熱，造成摩擦面局部變形和摩擦顯微焊合現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)，表面金屬可能局部熔化，接觸面上的作用力將局部摩擦焊接點(diǎn)從基體上撕裂，從而增大塑性變形，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面。在重載、高速且潤(rùn)滑不良的情況下，BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體與滾道之間容易發(fā)生粘著磨損，導(dǎo)致表面出現(xiàn)拉傷、劃痕等損傷。剝落也是滾動(dòng)軸承較為常見的失效形式，主要由接觸疲勞引起。在滾動(dòng)軸承工作時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間承受著周期性的脈動(dòng)載荷，產(chǎn)生周期變化的接觸應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，在滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道工作面上就會(huì)產(chǎn)生疲勞剝落。初始疲勞裂紋通常從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后逐漸擴(kuò)展至表面，形成不同形狀的剝落。如點(diǎn)狀的點(diǎn)蝕、麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的淺層剝落，以及深層剝落等。以某型號(hào)汽車的BJ2020N齒輪變速箱為例，在長(zhǎng)期使用后，發(fā)現(xiàn)其滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈滾道出現(xiàn)了點(diǎn)蝕現(xiàn)象。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該變速箱在使用過程中經(jīng)常承受較大的沖擊載荷，且潤(rùn)滑油的質(zhì)量不佳，潤(rùn)滑效果不理想，這些因素加速了接觸疲勞的進(jìn)程，導(dǎo)致內(nèi)圈滾道出現(xiàn)點(diǎn)蝕剝落。隨著剝落面積的不斷擴(kuò)大，軸承的承載能力下降，振動(dòng)和噪聲明顯增大，最終影響了變速箱的正常運(yùn)行。裂紋是滾動(dòng)軸承失效的重要形式之一，其產(chǎn)生原因較為復(fù)雜。除了前面提到的過載、安裝不當(dāng)?shù)纫蛩赝?，材料缺陷、熱處理不?dāng)?shù)纫部赡軐?dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。在制造過程中，如果軸承材料存在微裂紋、縮孔、氣泡等缺陷，或者熱處理過程中出現(xiàn)過熱、過燒等問題，都會(huì)降低材料的強(qiáng)度和韌性，在工作載荷的作用下，這些薄弱部位容易產(chǎn)生裂紋。裂紋一旦產(chǎn)生，在交變載荷的作用下會(huì)不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致軸承斷裂失效。在對(duì)某故障BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承進(jìn)行拆解分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)軸承外圈存在一條明顯的裂紋。通過對(duì)軸承的制造工藝和使用情況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該軸承在熱處理過程中溫度控制不當(dāng)，導(dǎo)致材料組織不均勻，強(qiáng)度降低，從而在使用過程中承受一定載荷后產(chǎn)生裂紋。隨著裂紋的逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致軸承外圈斷裂。塑性變形是指滾動(dòng)軸承在過大的靜載荷或沖擊載荷作用下，滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道表面發(fā)生的局部永久性變形。當(dāng)軸承承受的載荷超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。塑性變形會(huì)使軸承的滾道和滾動(dòng)體表面出現(xiàn)凹坑或凸起，破壞軸承的正常幾何形狀和精度，導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲增大。在實(shí)際應(yīng)用中，若BJ2020N齒輪變速箱受到突然的沖擊，如車輛急剎車、碰撞等，滾動(dòng)軸承可能會(huì)承受過大的沖擊載荷，從而引發(fā)塑性變形。此外，安裝時(shí)如果軸承受到過大的外力擠壓，也可能導(dǎo)致塑性變形的發(fā)生。某工程機(jī)械在作業(yè)過程中，由于操作人員失誤，使設(shè)備突然受到巨大的沖擊，導(dǎo)致BJ2020N齒輪變速箱中的滾動(dòng)軸承出現(xiàn)塑性變形。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，滾動(dòng)體和內(nèi)圈滾道表面出現(xiàn)了明顯的凹坑，軸承的游隙增大，無法正常工作。四、滾動(dòng)軸承故障診斷方法4.1傳統(tǒng)診斷方法4.1.1外觀檢查法外觀檢查法是一種最為直觀、基礎(chǔ)的滾動(dòng)軸承故障診斷方法，它通過直接觀察滾動(dòng)軸承的表面狀態(tài)，來判斷是否存在磨損、裂紋、剝落、變形等明顯缺陷。這種方法操作簡(jiǎn)便、成本低廉，不需要復(fù)雜的檢測(cè)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和初步診斷中具有廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行外觀檢查時(shí)，首先需要對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行清潔，去除表面的油污、灰塵等雜質(zhì)，以便清晰地觀察其表面狀況。對(duì)于小型滾動(dòng)軸承，可以使用毛刷蘸取適量的清洗劑進(jìn)行刷洗；對(duì)于大型滾動(dòng)軸承，可采用高壓清洗設(shè)備進(jìn)行清洗，但要注意控制清洗壓力和溫度，避免對(duì)軸承造成損傷。清洗后，應(yīng)使用干凈的布或壓縮空氣將軸承表面擦干。觀察滾動(dòng)體和滾道表面是外觀檢查的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正常情況下，滾動(dòng)體和滾道表面應(yīng)光滑、平整，無明顯的劃痕、擦傷、點(diǎn)蝕、剝落等缺陷。若發(fā)現(xiàn)表面存在細(xì)小的劃痕，可能是由于潤(rùn)滑油中混入了硬質(zhì)顆粒，在滾動(dòng)體與滾道相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些顆粒對(duì)表面造成了切削和刮擦；若出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)為表面出現(xiàn)點(diǎn)狀的凹坑，這通常是由于接觸疲勞引起的，隨著點(diǎn)蝕的發(fā)展，可能會(huì)導(dǎo)致剝落，嚴(yán)重影響軸承的性能。在檢查某BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承時(shí)，發(fā)現(xiàn)其滾道表面存在多處點(diǎn)蝕，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該軸承在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中承受了較大的交變載荷，且潤(rùn)滑條件不佳，加速了接觸疲勞的進(jìn)程，從而導(dǎo)致點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。檢查保持架也是外觀檢查的重要內(nèi)容。保持架的作用是保持滾動(dòng)體的均勻分布，防止?jié)L動(dòng)體之間相互碰撞和摩擦。若保持架出現(xiàn)變形、斷裂或磨損嚴(yán)重的情況，會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)失去控制，從而引發(fā)軸承故障。保持架變形可能是由于安裝不當(dāng)、過載或受到外力沖擊等原因引起的；保持架斷裂則可能是由于材料質(zhì)量問題、疲勞裂紋擴(kuò)展等因素導(dǎo)致的。在實(shí)際檢查中，若發(fā)現(xiàn)保持架的鉚釘松動(dòng)或脫落，也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，以免影響保持架的正常功能。觀察軸承的密封情況同樣不容忽視。良好的密封可以防止灰塵、水分、雜質(zhì)等進(jìn)入軸承內(nèi)部，保證軸承的正常潤(rùn)滑和運(yùn)行。若密封件損壞、老化或安裝不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致密封失效，使雜質(zhì)進(jìn)入軸承，加速軸承的磨損和腐蝕。密封件老化通常表現(xiàn)為密封件變硬、變脆，失去彈性；密封件損壞可能是由于受到外力擠壓、摩擦或化學(xué)腐蝕等原因造成的。在檢查時(shí)，若發(fā)現(xiàn)密封件周圍有油污滲出，可能是密封失效導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄漏，應(yīng)及時(shí)更換密封件。外觀檢查法雖然簡(jiǎn)單易行，但也存在一定的局限性。它只能檢測(cè)到軸承表面較為明顯的缺陷，對(duì)于內(nèi)部的隱性故障，如內(nèi)部裂紋、接觸疲勞初期的微觀損傷等，無法準(zhǔn)確判斷。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，外觀檢查法通常作為初步診斷方法，與其他診斷方法結(jié)合使用，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。4.1.2聲音診斷法聲音診斷法是一種憑借聽滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音，如異常的噪聲、敲擊聲等，來初步判斷故障的方法。在滾動(dòng)軸承的運(yùn)行過程中，其內(nèi)部各部件之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生特定的聲音，這些聲音能夠反映軸承的工作狀態(tài)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承會(huì)發(fā)出低低的嗚嗚或嗡嗡聲音，這是由于滾動(dòng)體在滾道上平穩(wěn)滾動(dòng)，以及潤(rùn)滑油在滾動(dòng)體與滾道之間形成的油膜起到了緩沖和阻尼作用，使得聲音較為均勻、平穩(wěn)。當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，其運(yùn)轉(zhuǎn)聲音會(huì)發(fā)生明顯變化。若發(fā)出尖銳的吱吱噪音，可能是由于不適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑所造成的。在潤(rùn)滑不足的情況下，滾動(dòng)體與滾道之間無法形成完整的潤(rùn)滑油膜，導(dǎo)致金屬直接接觸，從而產(chǎn)生這種尖銳的摩擦聲。若軸承的潤(rùn)滑脂選擇不當(dāng)，其粘度不符合軸承的工作要求，也會(huì)影響潤(rùn)滑效果，產(chǎn)生類似的噪音。不適當(dāng)?shù)妮S承間隙也會(huì)造成金屬聲，當(dāng)軸承間隙過大時(shí)，滾動(dòng)體在滾道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生撞擊和摩擦，發(fā)出金屬碰撞的聲音；而軸承間隙過小時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦力增大，同樣會(huì)產(chǎn)生異常聲音。軸承外圈軌道上的凹痕會(huì)引起振動(dòng)，并造成平順清脆的聲音。這是因?yàn)楫?dāng)滾動(dòng)體經(jīng)過凹痕部位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間的沖擊和振動(dòng)，從而發(fā)出這種清脆的聲音，且聲音的頻率與滾動(dòng)體經(jīng)過凹痕的頻率相關(guān)。若是由于安裝時(shí)所造成的敲擊傷痕也會(huì)產(chǎn)生噪音，此噪音會(huì)隨著軸承轉(zhuǎn)速的高低而不同。在安裝過程中，如果對(duì)軸承施加了不當(dāng)?shù)耐饬?，?dǎo)致軸承表面出現(xiàn)敲擊傷痕，在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這些傷痕會(huì)與滾動(dòng)體相互作用，產(chǎn)生周期性的噪音，轉(zhuǎn)速越高，噪音的頻率也越高。若有間歇性的噪聲，則表示滾動(dòng)件可能受損。當(dāng)滾動(dòng)體表面出現(xiàn)剝落、裂紋等損傷時(shí)，在滾動(dòng)過程中，損傷部位會(huì)與滾道產(chǎn)生碰撞，從而發(fā)出間歇性的噪聲。這種噪聲的出現(xiàn)頻率與滾動(dòng)體的轉(zhuǎn)速以及損傷的嚴(yán)重程度有關(guān)，損傷越嚴(yán)重，間歇性噪聲越明顯。軸承內(nèi)若有污染物常會(huì)引起嘶嘶聲，這是因?yàn)槲廴疚镌跐L動(dòng)體與滾道之間摩擦、擠壓，產(chǎn)生了這種類似氣體泄漏的聲音。嚴(yán)重的軸承損壞會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則并且巨大的噪聲，此時(shí)軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，各部件之間的配合關(guān)系完全喪失，導(dǎo)致在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。聲音診斷法也存在一定的局限性。人的聽覺具有主觀性，不同的人對(duì)聲音的敏感度和判斷能力存在差異，容易導(dǎo)致診斷結(jié)果的不一致。周圍環(huán)境的噪聲會(huì)對(duì)滾動(dòng)軸承的聲音產(chǎn)生干擾，尤其是在嘈雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，很難準(zhǔn)確分辨出軸承的異常聲音。聲音診斷法只能對(duì)滾動(dòng)軸承的故障進(jìn)行初步判斷，無法精確確定故障的類型、位置和嚴(yán)重程度。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，聲音診斷法通常作為一種輔助診斷方法，與其他診斷技術(shù)結(jié)合使用，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。4.1.3振動(dòng)診斷法振動(dòng)診斷法是利用振動(dòng)測(cè)量?jī)x器采集滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)，分析振動(dòng)的幅值、頻率等參數(shù)來診斷故障的一種方法。在滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于滾動(dòng)體與滾道之間的滾動(dòng)摩擦、潤(rùn)滑油的阻尼作用以及軸承結(jié)構(gòu)的固有特性，會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，且振動(dòng)信號(hào)的幅值和頻率相對(duì)穩(wěn)定。但當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，如磨損、剝落、裂紋等，其內(nèi)部的力學(xué)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)的幅值和頻率出現(xiàn)異常變化。振動(dòng)診斷法的基本原理基于機(jī)械振動(dòng)理論。當(dāng)滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)圈或外圈出現(xiàn)局部損傷時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，損傷部位會(huì)與其他部件發(fā)生碰撞和沖擊，產(chǎn)生周期性的脈沖力。這些脈沖力會(huì)激勵(lì)軸承系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)中包含了與故障相關(guān)的特征信息。通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，可以提取出這些特征信息，從而判斷軸承是否存在故障以及故障的類型和位置。當(dāng)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈出現(xiàn)裂紋時(shí)，在旋轉(zhuǎn)過程中，滾動(dòng)體每次經(jīng)過裂紋處都會(huì)產(chǎn)生一次沖擊，引起振動(dòng)信號(hào)的幅值瞬間增大，同時(shí)在振動(dòng)信號(hào)的頻率成分中，會(huì)出現(xiàn)與內(nèi)圈故障特征頻率相關(guān)的峰值。振動(dòng)診斷法的流程主要包括信號(hào)采集、信號(hào)預(yù)處理、特征提取和故障診斷四個(gè)步驟。在信號(hào)采集階段，通常使用加速度傳感器、位移傳感器或速度傳感器等振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，將其安裝在軸承座或靠近軸承的部位，以獲取滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)。為了保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，需要合理選擇傳感器的類型、安裝位置和測(cè)量方向。對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，宜選用加速度傳感器，且將其安裝在軸承座的垂直方向上，以最大程度地捕捉到軸承的振動(dòng)信息。信號(hào)預(yù)處理是對(duì)采集到的原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行去噪、濾波、放大等處理，以提高信號(hào)的質(zhì)量和信噪比。由于實(shí)際采集到的振動(dòng)信號(hào)中往往包含了大量的噪聲和干擾信號(hào)，如環(huán)境噪聲、電磁干擾等，這些噪聲會(huì)掩蓋故障特征信息，影響故障診斷的準(zhǔn)確性。因此，需要采用合適的濾波算法，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等，去除噪聲和干擾信號(hào)。對(duì)于一些微弱的故障信號(hào)，還需要進(jìn)行放大處理，以提高信號(hào)的幅值，便于后續(xù)的分析和處理。特征提取是從預(yù)處理后的振動(dòng)信號(hào)中提取能夠反映滾動(dòng)軸承故障狀態(tài)的特征參數(shù)。常用的特征參數(shù)有時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)。時(shí)域特征參數(shù)包括均值、方差、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)等，這些參數(shù)可以反映振動(dòng)信號(hào)的整體特征和沖擊特性。均值表示振動(dòng)信號(hào)的平均水平，方差反映了信號(hào)的波動(dòng)程度，峰值指標(biāo)和峭度指標(biāo)則對(duì)信號(hào)中的沖擊成分較為敏感，當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，這些指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯變化。頻域特征參數(shù)主要通過傅里葉變換等方法將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)后得到，如故障特征頻率、功率譜等。不同類型的故障會(huì)在頻域中產(chǎn)生特定的特征頻率，通過分析這些特征頻率的變化，可以判斷故障的類型和位置。滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體故障的特征頻率與滾動(dòng)體的數(shù)量、直徑、節(jié)圓直徑以及軸承的轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，通過計(jì)算和分析這些特征頻率，可以準(zhǔn)確識(shí)別滾動(dòng)體是否存在故障。故障診斷是根據(jù)提取的特征參數(shù)，運(yùn)用一定的診斷方法和準(zhǔn)則，判斷滾動(dòng)軸承是否存在故障以及故障的類型和嚴(yán)重程度。常用的診斷方法有閾值診斷法、模式識(shí)別法等。閾值診斷法是將提取的特征參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若特征參數(shù)超過閾值，則判斷軸承存在故障。模式識(shí)別法則是通過建立故障模式庫(kù)，將提取的特征參數(shù)與庫(kù)中的故障模式進(jìn)行匹配，從而識(shí)別出故障類型。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)結(jié)合多種診斷方法，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。4.1.4熱診斷法熱診斷法是通過檢測(cè)滾動(dòng)軸承溫度變化，判斷其是否存在故障的一種方法。在正常工作狀態(tài)下，滾動(dòng)軸承的溫度會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。這是因?yàn)樵谳S承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，雖然滾動(dòng)體與滾道之間存在摩擦，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，但這些熱量會(huì)通過軸承座、潤(rùn)滑油以及周圍空氣等介質(zhì)散發(fā)出去，使得軸承的溫度不會(huì)持續(xù)升高。然而，當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，其溫度會(huì)發(fā)生明顯變化。潤(rùn)滑不良是導(dǎo)致軸承溫度升高的常見原因之一。當(dāng)潤(rùn)滑油不足或變質(zhì)時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間無法形成有效的潤(rùn)滑油膜，金屬直接接觸，摩擦增大，從而產(chǎn)生更多的熱量，導(dǎo)致軸承溫度急劇上升。在某工業(yè)設(shè)備中，由于長(zhǎng)期未更換潤(rùn)滑油，BJ2020N齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承出現(xiàn)了潤(rùn)滑不良的情況，軸承溫度在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，超出了正常工作范圍。若潤(rùn)滑油的粘度選擇不當(dāng)，也會(huì)影響其潤(rùn)滑效果，導(dǎo)致摩擦增大，溫度升高。過載也是引起軸承溫度升高的重要因素。當(dāng)滾動(dòng)軸承承受的載荷超過其額定承載能力時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力增大，摩擦加劇，產(chǎn)生的熱量增多，從而使軸承溫度升高。在工程機(jī)械作業(yè)中，若設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于超載運(yùn)行狀態(tài)，其BJ2020N齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承就會(huì)承受過大的載荷，導(dǎo)致溫度異常升高。安裝不當(dāng)同樣可能導(dǎo)致軸承溫度升高。如果軸承安裝時(shí)的過盈量過大或過小，會(huì)使軸承內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，從而增加摩擦，導(dǎo)致溫度升高。若軸承安裝位置不準(zhǔn)確，與軸或軸承座的配合精度不夠，也會(huì)引起額外的摩擦和振動(dòng)，使軸承溫度上升。熱診斷法的原理基于熱傳導(dǎo)和熱輻射理論。滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)通過熱傳導(dǎo)的方式傳遞到軸承座和周圍部件，同時(shí)也會(huì)通過熱輻射的方式向周圍環(huán)境散熱。當(dāng)軸承出現(xiàn)故障，溫度升高時(shí)，其熱傳導(dǎo)和熱輻射的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。通過檢測(cè)軸承座表面或周圍環(huán)境的溫度變化，就可以間接判斷滾動(dòng)軸承的工作狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的溫度檢測(cè)工具和技術(shù)有溫度計(jì)、紅外測(cè)溫儀、熱電偶和熱電阻等。溫度計(jì)是一種簡(jiǎn)單直觀的溫度檢測(cè)工具，常用于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軸承表面溫度進(jìn)行測(cè)量。膨脹式溫度計(jì)通過液體或氣體的熱脹冷縮原理來測(cè)量溫度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但測(cè)量精度相對(duì)較低，且只能測(cè)量接觸點(diǎn)的溫度。半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)則利用半導(dǎo)體的熱敏特性來測(cè)量溫度，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)溫度測(cè)量要求較高的場(chǎng)合。紅外測(cè)溫儀是一種非接觸式的溫度檢測(cè)儀器，它利用物體的紅外輻射特性來測(cè)量溫度。紅外測(cè)溫儀可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)量軸承表面的溫度，無需與被測(cè)物體接觸，避免了因接觸而對(duì)軸承造成的影響。它還可以測(cè)量遠(yuǎn)距離物體的溫度，適用于難以直接接觸的軸承。在對(duì)高空設(shè)備或高溫環(huán)境下的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)，紅外測(cè)溫儀具有明顯的優(yōu)勢(shì)。熱電偶是一種基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器，它由兩種不同材料的金屬絲組成，當(dāng)兩端溫度不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，通過測(cè)量熱電勢(shì)的大小就可以計(jì)算出溫度。熱電偶具有測(cè)量范圍廣、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫度的精確測(cè)量。熱電阻則是利用金屬或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性來測(cè)量溫度，其測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，適用于對(duì)溫度測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。4.1.5潤(rùn)滑油分析法潤(rùn)滑油分析法是通過對(duì)齒輪變速箱潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)油中的金屬顆粒、污染物等，以此推斷滾動(dòng)軸承磨損情況的一種方法。在BJ2020N齒輪變速箱中，潤(rùn)滑油不僅起到潤(rùn)滑作用，減少滾動(dòng)軸承各部件之間的摩擦和磨損，還能帶走軸承運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，起到冷卻作用。同時(shí)，潤(rùn)滑油還能對(duì)軸承表面起到保護(hù)作用，防止其受到腐蝕和氧化。當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)磨損時(shí)，磨損產(chǎn)生的金屬顆粒會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑油中。通過對(duì)潤(rùn)滑油中的金屬顆粒進(jìn)行檢測(cè)和分析，可以了解滾動(dòng)軸承的磨損程度和磨損部位。鐵譜分析技術(shù)是一種常用的檢測(cè)潤(rùn)滑油中金屬顆粒的方法。它利用高梯度磁場(chǎng)將潤(rùn)滑油中的金屬顆粒分離出來，并按照顆粒的大小和形狀進(jìn)行排列，然后通過顯微鏡或電子顯微鏡對(duì)這些顆粒進(jìn)行觀察和分析。若在鐵譜片中發(fā)現(xiàn)大量的大顆粒金屬，且形狀不規(guī)則，可能表明滾動(dòng)軸承存在嚴(yán)重的磨損；若發(fā)現(xiàn)顆粒表面有劃痕或擦傷痕跡，可能是由于潤(rùn)滑油中混入了硬質(zhì)顆粒，導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道之間發(fā)生了磨粒磨損。光譜分析技術(shù)則可以對(duì)潤(rùn)滑油中的金屬元素進(jìn)行定量分析，確定各種金屬元素的含量。通過分析金屬元素的含量變化，可以判斷滾動(dòng)軸承中不同部件的磨損情況。若潤(rùn)滑油中鐵元素含量明顯增加，可能表示滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈或滾動(dòng)體出現(xiàn)了磨損；若銅元素含量升高，可能與保持架的磨損有關(guān)。潤(rùn)滑油中的污染物也能反映滾動(dòng)軸承的工作狀態(tài)。水分是常見的污染物之一，若潤(rùn)滑油中含有水分，會(huì)降低其潤(rùn)滑性能，加速軸承的腐蝕和磨損。在潮濕的工作環(huán)境中，水分容易進(jìn)入齒輪變速箱，導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì)。通過檢測(cè)潤(rùn)滑油的水分含量，可以判斷是否存在水分污染問題。常用的水分檢測(cè)方法有卡爾費(fèi)休滴定法、紅外光譜法等?？栙M(fèi)休滴定法是一種經(jīng)典的水分檢測(cè)方法，它通過化學(xué)反應(yīng)來測(cè)定潤(rùn)滑油中的水分含量，具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)；紅外光譜法則利用水分對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光的吸收特性來檢測(cè)水分含量，具有快速、無損的特點(diǎn)。雜質(zhì)也是潤(rùn)滑油中常見的污染物。雜質(zhì)可能來自外界環(huán)境，如灰塵、砂粒等，也可能是齒輪變速箱內(nèi)部零部件磨損產(chǎn)生的碎屑。雜質(zhì)的存在會(huì)加劇滾動(dòng)軸承的磨損，導(dǎo)致故障的發(fā)生。通過對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行過濾，收集過濾后的雜質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行分析，可以了解雜質(zhì)的來源和性質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)中含有大量的砂粒，可能是由于設(shè)備工作環(huán)境灰塵較大，密封不良，導(dǎo)致砂粒進(jìn)入了潤(rùn)滑油中；若雜質(zhì)中含有金屬碎屑，除了滾動(dòng)軸承磨損的原因外，還可能是其他齒輪、軸等部件磨損產(chǎn)生的。在實(shí)際應(yīng)用中，潤(rùn)滑油分析法通常需要定期采集潤(rùn)滑油樣本，并送到專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)和分析。為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，采集潤(rùn)滑油樣本時(shí)應(yīng)注意采樣的方法和位置。采樣時(shí)應(yīng)在齒輪變速箱運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行，以確保采集到的潤(rùn)滑油能夠反映軸承的實(shí)際工作狀態(tài)；采樣位置應(yīng)選擇在潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)中具有代表性的部位，如油箱底部、出油口等。通過對(duì)潤(rùn)滑油的定期檢測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的潛在故障，為設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)提供依據(jù)，避免因故障導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)和損壞。4.2現(xiàn)代智能診斷方法4.2.1共振解調(diào)技術(shù)共振解調(diào)技術(shù)作為一種先進(jìn)的故障診斷方法，在滾動(dòng)軸承故障診斷領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其原理基于滾動(dòng)軸承故障沖擊信號(hào)的特性以及共振現(xiàn)象。當(dāng)滾動(dòng)軸承的滾子、內(nèi)滾道或外滾道存在不規(guī)則損傷時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，這些損傷部位會(huì)與其他部件相互作用，產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。這種沖擊振動(dòng)具有正常振動(dòng)沖擊所不含的高頻分量，且沖擊的基本重復(fù)頻率與振動(dòng)的重復(fù)頻率相同或相近。但初期故障引起的沖擊的量值常常遠(yuǎn)小于振動(dòng)值，這是因?yàn)檎駝?dòng)是一個(gè)持久的過程，能量持續(xù)釋放，累積量值較大；而沖擊則是非常短暫的過程，雖然幅值能量也許很大，但累積能量很微小。由于沖擊的持續(xù)時(shí)間短，其能量會(huì)向廣闊的頻率領(lǐng)域發(fā)散，落在滾動(dòng)軸承振動(dòng)頻率范圍以內(nèi)的分量則更小，難以與能量較大且基本集中于低頻領(lǐng)域的振動(dòng)分量相比。因此，直接利用包含故障沖擊的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析來診斷軸承損傷故障，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障已發(fā)生但從頻譜圖上卻難以察覺的情況。共振解調(diào)技術(shù)正是利用共振的特性，來提取埋藏于正常振動(dòng)信息中的故障沖擊信息。該技術(shù)通過傳感器及電路的諧振，將故障沖擊引起的衰減振動(dòng)放大，從而提高故障檢測(cè)的靈敏度。當(dāng)軸承元件表面有局部損傷類故障時(shí)，會(huì)對(duì)軸承系統(tǒng)產(chǎn)生周期性的脈沖激勵(lì)，由于脈沖沖擊是一寬頻帶信號(hào)，其中必有一部分能量落在加速度計(jì)的諧振范圍內(nèi)，必然引起加速度計(jì)的共振。傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)過放大，然后經(jīng)過中心頻率等于加速度計(jì)諧振頻率的帶通濾波器濾波，再經(jīng)解調(diào)器進(jìn)行包絡(luò)檢波，就得到了與脈沖沖擊發(fā)生頻率（即軸承元件的故障特征頻率）相同的低頻信號(hào)。通過對(duì)此低頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，便可以診斷出軸承中內(nèi)外滾道、滾動(dòng)體及保持架哪個(gè)元件發(fā)生了故障。在某風(fēng)力發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承故障診斷案例中，運(yùn)用共振解調(diào)技術(shù)對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域監(jiān)測(cè)和頻譜分析。當(dāng)軸承出現(xiàn)早期故障時(shí)，通過共振解調(diào)技術(shù)，成功地從復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)中提取出了故障沖擊信息。在頻譜分析結(jié)果中，清晰地顯示出與滾動(dòng)體故障特征頻率相關(guān)的峰值，從而準(zhǔn)確判斷出滾動(dòng)體發(fā)生了故障。通過及時(shí)更換滾動(dòng)體，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，確保了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。這充分體現(xiàn)了共振解調(diào)技術(shù)在滾動(dòng)軸承早期故障診斷中的有效性和重要性，它能夠在故障初期，當(dāng)故障信號(hào)還很微弱時(shí)，準(zhǔn)確地檢測(cè)出故障，為設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)提供了有力支持。4.2.2小波分析方法小波分析方法是一種時(shí)頻分析方法，基于小波函數(shù)對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)具有良好的分析能力，在滾動(dòng)軸承故障信號(hào)處理中得到了廣泛應(yīng)用。其原理基于小波變換，通過將一個(gè)母小波函數(shù)進(jìn)行伸縮和平移，生成一系列小波基函數(shù)，然后用這些小波基函數(shù)與待分析信號(hào)進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，從而得到信號(hào)在不同尺度和位置上的分解系數(shù)。小波變換的公式為：W_f(a,b)=\frac{1}{\sqrt{a}}\int_{-\infty}^{\infty}f(t)\psi^*(\frac{t-b}{a})dt其中，W_f(a,b)是小波變換系數(shù)，f(t)是待分析信號(hào)，a是尺度因子，b是平移因子，\psi(t)是母小波函數(shù)，\psi^*(\cdot)表示\psi(\cdot)的共軛函數(shù)。尺度因子a控制小波函數(shù)的伸縮，較大的a對(duì)應(yīng)于低頻、寬時(shí)窗的分析，用于捕捉信號(hào)的整體趨勢(shì)；較小的a對(duì)應(yīng)于高頻、窄時(shí)窗的分析，用于刻畫信號(hào)的細(xì)節(jié)特征。平移因子b則控制小波函數(shù)在時(shí)間軸上的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)不同位置的分析。滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，其故障信號(hào)往往呈現(xiàn)出非平穩(wěn)特性，傳統(tǒng)的傅里葉變換難以準(zhǔn)確地分析這類信號(hào)。而小波分析方法能夠在時(shí)間和頻率兩個(gè)維度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部化分析，很好地適應(yīng)了滾動(dòng)軸承故障信號(hào)的特點(diǎn)。當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，如內(nèi)圈、外圈或滾動(dòng)體發(fā)生損傷，故障沖擊會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在某些時(shí)刻出現(xiàn)瞬態(tài)變化，這些瞬態(tài)變化包含了豐富的故障特征信息。小波分析可以通過選擇合適的小波基函數(shù)和分解尺度，有效地提取這些瞬態(tài)特征，從而準(zhǔn)確地識(shí)別故障類型和故障程度。在對(duì)某型號(hào)汽車的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷時(shí)，運(yùn)用小波分析方法對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理。首先，根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)選擇了合適的小波基函數(shù)，如db4小波。然后，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，將信號(hào)分解為不同頻帶的分量。通過對(duì)各尺度分解系數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)某一尺度下的系數(shù)在特定時(shí)刻出現(xiàn)了明顯的突變，進(jìn)一步分析該尺度下的細(xì)節(jié)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其具有與滾動(dòng)體故障特征相符的周期性沖擊特征。結(jié)合滾動(dòng)體故障特征頻率的計(jì)算，準(zhǔn)確判斷出滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體出現(xiàn)了故障。通過實(shí)際拆解檢查，驗(yàn)證了小波分析診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。這表明小波分析方法能夠有效地提取滾動(dòng)軸承故障信號(hào)的特征，為故障診斷提供可靠的依據(jù)，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的價(jià)值。4.2.3人工智能診斷方法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等）人工智能診斷方法在滾動(dòng)軸承故障診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的潛力，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)是應(yīng)用較為廣泛的兩種算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人類大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的計(jì)算模型，具有強(qiáng)大的非線性映射能力和自學(xué)習(xí)能力。在滾動(dòng)軸承故障診斷中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)故障特征與故障類型之間的映射關(guān)系。以多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，它通常由輸入層、隱藏層和輸出層組成。輸入層接收經(jīng)過預(yù)處理的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征參數(shù)，如時(shí)域特征（均值、方差、峰值指標(biāo)等）、頻域特征（故障特征頻率、功率譜等）或時(shí)頻域特征（小波變換系數(shù)等）。隱藏層通過非線性激活函數(shù)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的變換和特征提取，將低層次的特征映射到高層次的特征空間。輸出層則根據(jù)隱藏層的輸出結(jié)果，通過激活函數(shù)輸出故障診斷結(jié)果，如故障類型（內(nèi)圈故障、外圈故障、滾動(dòng)體故障等）或故障程度（輕微故障、中度故障、嚴(yán)重故障等）。在訓(xùn)練過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過不斷調(diào)整隱藏層和輸出層之間的權(quán)重和閾值，使網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果與實(shí)際的故障標(biāo)簽之間的誤差最小化。常用的訓(xùn)練算法有反向傳播算法（BP算法）及其改進(jìn)算法，如帶動(dòng)量項(xiàng)的BP算法、自適應(yīng)學(xué)習(xí)率的BP算法等。這些算法通過計(jì)算誤差對(duì)權(quán)重和閾值的梯度，然后根據(jù)梯度的方向和大小來更新權(quán)重和閾值，使得網(wǎng)絡(luò)能夠逐漸學(xué)習(xí)到故障特征與故障類型之間的內(nèi)在聯(lián)系。支持向量機(jī)（SVM）是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的分類算法，其基本思想是通過尋找一個(gè)最優(yōu)分類超平面，將不同類別的樣本數(shù)據(jù)盡可能地分開，并且使分類間隔最大化。在滾動(dòng)軸承故障診斷中，SVM將滾動(dòng)軸承的故障特征向量作為輸入樣本，將故障類型作為類別標(biāo)簽。對(duì)于線性可分的情況，SVM可以直接找到一個(gè)線性分類超平面來實(shí)現(xiàn)分類；對(duì)于線性不可分的情況，SVM通過引入核函數(shù)將低維空間中的數(shù)據(jù)映射到高維空間中，使得在高維空間中數(shù)據(jù)變得線性可分，然后再尋找最優(yōu)分類超平面。常用的核函數(shù)有線性核函數(shù)、多項(xiàng)式核函數(shù)、徑向基核函數(shù)（RBF）等。徑向基核函數(shù)由于其良好的局部逼近能力和泛化性能，在滾動(dòng)軸承故障診斷中應(yīng)用較為廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，首先需要對(duì)采集到的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征提取，然后將提取的特征作為SVM的輸入樣本進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。通過調(diào)整SVM的參數(shù)，如懲罰參數(shù)C和核函數(shù)參數(shù)γ，使得SVM在訓(xùn)練集上具有良好的分類性能，并且在測(cè)試集上具有較高的泛化能力。以某工程機(jī)械的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷為例，利用SVM對(duì)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。首先，提取振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，組成特征向量。然后，使用徑向基核函數(shù)的SVM進(jìn)行訓(xùn)練和分類。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后，SVM能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出滾動(dòng)軸承的不同故障類型，診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上，表明SVM在滾動(dòng)軸承故障診斷中具有較高的可靠性和有效性。五、基于實(shí)際案例的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承故障診斷5.1案例背景介紹本次案例研究選取了一輛長(zhǎng)期在復(fù)雜路況下運(yùn)行的BJ2020N型越野車作為研究對(duì)象，該車主要用于野外作業(yè)和山區(qū)運(yùn)輸，其工作環(huán)境較為惡劣，道路條件復(fù)雜，包括崎嶇山路、泥濘小道以及砂石路面等。這種復(fù)雜的路況使得車輛在行駛過程中，BJ2020N齒輪變速箱需要頻繁地進(jìn)行換擋操作，以適應(yīng)不同的行駛工況，這對(duì)齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承提出了更高的要求。該車輛已行駛里程達(dá)到20萬公里，使用年限為5年。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，車輛的維護(hù)保養(yǎng)工作按照常規(guī)的保養(yǎng)周期進(jìn)行，包括定期更換潤(rùn)滑油、檢查零部件的磨損情況等。但由于其工作環(huán)境的特殊性，車輛的齒輪變速箱滾動(dòng)軸承承受了較大的載荷和沖擊，磨損程度相對(duì)較快。在最近一次的日常檢查中，維修人員發(fā)現(xiàn)車輛在行駛過程中，齒輪變速箱部位發(fā)出異常噪音，且振動(dòng)明顯增大，這表明齒輪變速箱可能出現(xiàn)了故障，需要進(jìn)一步對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行詳細(xì)的故障診斷。5.2故障診斷過程5.2.1數(shù)據(jù)采集為了準(zhǔn)確獲取BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)信息，采用了加速度傳感器和溫度傳感器進(jìn)行信號(hào)采集。加速度傳感器選用了具有高靈敏度和寬頻響應(yīng)特性的ICP型加速度傳感器，其型號(hào)為PCB356A16，能夠精確測(cè)量滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)加速度信號(hào)。溫度傳感器則采用了PT100熱電阻，其測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的溫度變化。在數(shù)據(jù)采集過程中，將加速度傳感器通過專用的磁座緊密安裝在靠近滾動(dòng)軸承的軸承座上，確保傳感器能夠準(zhǔn)確捕捉到滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)。為了全面獲取滾動(dòng)軸承在不同方向上的振動(dòng)信息，分別在軸承座的水平方向、垂直方向和軸向安裝了加速度傳感器。將PT100熱電阻安裝在軸承座的測(cè)溫孔內(nèi)，使其與滾動(dòng)軸承保持良好的熱接觸，以準(zhǔn)確測(cè)量軸承的溫度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了INV306及DASP2006采集分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高速數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，能夠滿足本次故障診斷的數(shù)據(jù)采集需求。數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為10kHz，這是因?yàn)闈L動(dòng)軸承故障特征頻率通常分布在高頻段，較高的采樣頻率能夠保證采集到的信號(hào)包含足夠的故障信息，避免頻率混疊現(xiàn)象的發(fā)生。數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)為每次采集10s，在車輛不同的行駛工況下，如怠速、低速行駛、高速行駛等，分別進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，以獲取豐富的樣本數(shù)據(jù)。在怠速工況下，采集了5組數(shù)據(jù)；在低速行駛工況下（車速為30km/h），采集了8組數(shù)據(jù)；在高速行駛工況下（車速為80km/h），采集了10組數(shù)據(jù)。通過多次采集不同工況下的數(shù)據(jù)，可以更全面地反映滾動(dòng)軸承在各種工作條件下的運(yùn)行狀態(tài)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。5.2.2信號(hào)處理與分析在完成數(shù)據(jù)采集后，運(yùn)用前文提到的共振解調(diào)、小波分析等方法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，以提取故障特征信息。對(duì)于振動(dòng)信號(hào)，首先采用共振解調(diào)技術(shù)進(jìn)行處理。利用加速度傳感器的共振特性，將故障沖擊引起的衰減振動(dòng)放大。傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)過放大后，通過中心頻率等于加速度計(jì)諧振頻率的帶通濾波器濾波，再經(jīng)解調(diào)器進(jìn)行包絡(luò)檢波，得到與脈沖沖擊發(fā)生頻率（即軸承元件的故障特征頻率）相同的低頻信號(hào)。對(duì)某一采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行共振解調(diào)處理后，在解調(diào)后的低頻信號(hào)頻譜圖中，發(fā)現(xiàn)了與滾動(dòng)體故障特征頻率相關(guān)的峰值。通過計(jì)算，該峰值對(duì)應(yīng)的頻率與理論計(jì)算得到的滾動(dòng)體故障特征頻率基本一致，初步表明滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體可能存在故障。針對(duì)振動(dòng)信號(hào)的非平穩(wěn)特性，運(yùn)用小波分析方法進(jìn)行多分辨率分析。選擇db4小波作為小波基函數(shù)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行5層小波分解。通過對(duì)各層分解系數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)第3層和第4層的細(xì)節(jié)系數(shù)在特定時(shí)刻出現(xiàn)了明顯的突變，且這些突變具有周期性。進(jìn)一步分析這些細(xì)節(jié)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其具有與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈故障特征相符的周期性沖擊特征。通過與理論計(jì)算得到的內(nèi)圈故障特征頻率進(jìn)行對(duì)比，確定該振動(dòng)信號(hào)中包含了內(nèi)圈故障的特征信息。對(duì)于溫度信號(hào)，主要進(jìn)行趨勢(shì)分析和閾值判斷。通過繪制溫度隨時(shí)間變化的曲線，觀察溫度的變化趨勢(shì)。若溫度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，且超過了正常工作溫度范圍的上限（一般為80℃），則可能表明滾動(dòng)軸承存在故障，如潤(rùn)滑不良、過載等。在某一行駛工況下，溫度信號(hào)顯示滾動(dòng)軸承的溫度在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)上升，且超過了80℃，達(dá)到了90℃，這表明滾動(dòng)軸承可能存在異常，需要進(jìn)一步結(jié)合其他信號(hào)分析結(jié)果進(jìn)行判斷。5.2.3故障判斷與定位根據(jù)信號(hào)分析結(jié)果，綜合判斷滾動(dòng)軸承是否存在故障，以及故障的類型和具體位置。結(jié)合共振解調(diào)頻譜圖中出現(xiàn)的與滾動(dòng)體故障特征頻率相關(guān)的峰值，以及小波分析得到的內(nèi)圈故障特征信息，可以判斷該滾動(dòng)軸承同時(shí)存在滾動(dòng)體故障和內(nèi)圈故障。這是因?yàn)楣舱窠庹{(diào)技術(shù)對(duì)滾動(dòng)體故障的沖擊信號(hào)具有較好的提取效果，而小波分析則能夠有效地捕捉到內(nèi)圈故障引起的非平穩(wěn)信號(hào)特征。通過兩種方法的相互驗(yàn)證，提高了故障判斷的準(zhǔn)確性。在故障定位方面，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的采集位置和分析結(jié)果，可以確定故障所在的具體軸承。由于在靠近某一特定滾動(dòng)軸承的軸承座上安裝的加速度傳感器采集到的信號(hào)中出現(xiàn)了明顯的故障特征，因此可以判斷該滾動(dòng)軸承存在故障。對(duì)于滾動(dòng)體故障和內(nèi)圈故障的具體位置，由于滾動(dòng)體在滾道內(nèi)不斷滾動(dòng)，難以精確確定其故障點(diǎn)的具體位置，但可以通過分析故障特征頻率的變化以及振動(dòng)信號(hào)的傳播特性，大致判斷故障發(fā)生在滾動(dòng)體的某個(gè)區(qū)域；而內(nèi)圈故障則可以確定發(fā)生在內(nèi)圈的滾道表面。通過對(duì)該故障滾動(dòng)軸承進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)體表面存在明顯的剝落痕跡，內(nèi)圈滾道也出現(xiàn)了局部磨損和裂紋，與信號(hào)分析得到的故障判斷和定位結(jié)果相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了故障診斷方法的有效性。5.3故障解決方案與驗(yàn)證針對(duì)診斷出的BJ2020N齒輪變速箱滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體故障和內(nèi)圈故障，制定了相應(yīng)的解決方案。由于滾動(dòng)體和內(nèi)圈的故障較為嚴(yán)重，出現(xiàn)了明顯的剝落和裂紋，繼續(xù)使用會(huì)導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至引發(fā)更嚴(yán)重的事故，因此決定更換新的滾動(dòng)軸承。在選擇新的滾動(dòng)軸承時(shí)，嚴(yán)格按照原軸承的型號(hào)、規(guī)格和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行選型，確保新軸承的質(zhì)量和性能符合要求。選用與原軸承相同品牌和型號(hào)的滾動(dòng)軸承，其各項(xiàng)參數(shù)如內(nèi)徑、外徑、寬度、額定載荷等均與原軸承一致，以保證其能夠與齒輪變速箱的其他部件良好匹配，正常工作。為了確保新滾動(dòng)軸承的安裝質(zhì)量，嚴(yán)格按照安裝工藝要求進(jìn)行操作。在安裝前，對(duì)軸承座和軸進(jìn)行清潔和檢查，確保其表面無雜質(zhì)、無損傷，并且軸的尺寸精度和形位公差符合要求。使用專用的安裝工具，如軸承加熱器、套筒等，采用熱裝法將滾動(dòng)軸承安裝到軸上。將滾動(dòng)軸承放入軸承加熱器中，加熱至適當(dāng)溫度，使其內(nèi)徑膨脹，然后迅速將其安裝到軸上，待軸承冷卻后，即可緊密配合在軸上。在安裝過程中，嚴(yán)格控制安裝力和安裝位置，避免軸承受到損傷或安裝不到位。確保軸承的內(nèi)圈與軸肩緊密貼合，外圈與軸承座孔緊密配合，安裝完成后，使用百分表等工具檢查軸承的徑向和軸向跳動(dòng)，確保其在允許范圍內(nèi)?？紤]到車輛的工作環(huán)境惡劣，對(duì)潤(rùn)滑的要求較高，因此選用了高性能的潤(rùn)滑油，并制定了合理的潤(rùn)滑方案。選用具有良好抗磨損性能、抗氧化性能和低溫流動(dòng)性的合成潤(rùn)滑油，其粘度等級(jí)根據(jù)齒輪變速箱的工作溫度和載荷條件進(jìn)行選擇，確保在各種工況下都能為滾動(dòng)軸承提供良好的潤(rùn)滑。在潤(rùn)滑方式上，采用定期定量加注潤(rùn)滑油的方式，根據(jù)車輛的使用情況和工作環(huán)境，確定合理的潤(rùn)滑周期和加注量。一般情況下，每行駛5000公里或每隔3個(gè)月對(duì)齒輪變速箱的滾動(dòng)軸承進(jìn)行一次潤(rùn)滑，加注量按照設(shè)備說明書的要求進(jìn)行，確保滾動(dòng)軸承始終處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。同時(shí)，在齒輪變速箱上安裝了潤(rùn)滑油過濾器，定期更換過濾器濾芯，以保證潤(rùn)滑油的清潔度，防止雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，加劇磨損。在完成滾動(dòng)軸承的更換和潤(rùn)滑系統(tǒng)的調(diào)整后，對(duì)車輛進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，以驗(yàn)證故障解決方案的有效性。在測(cè)試過程中，再次使用加速度傳感器和溫度傳感器對(duì)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行采集，并與故障診斷前的數(shù)