对装甲车变速箱滚动轴承故障分析

范江波

【摘 要】对于装甲车变速箱轴承，故障的及时以及准确诊断十分关键，因此，为了实现这一问题的有效解决，以刚柔耦合动力学仿真技术为主要理论基础，满足装甲车变速箱轴承故障诊断的需求。为此，要结合轴承双击理论，参考装甲车变速箱轴承相关参数，形成轴承刚柔耦合动力学模型，最满足差异化轴承外圈故障的仿真要求，达到对故障特征的准确剖析，收集不同振动信号所产生的时频特征，促使整个模拟过程更具真实，仿真效果更具明显，满足可行性与准确性的标准。另外，针对装甲车所面临的强大冲击，需要以此为标准，形成变速箱实验平台，以小波包分解法为手段，分析包洛谱信息价值，提升故障诊断水平，从而实现对变速箱轴承故障的动态掌控，为装甲车安全运行提供坚实保障。

【关键词】装甲车；变速箱；滚动轴承；故障

对于装甲车运行，需要面对复杂的工况，极具恶劣性。变速箱故障之所以具有研究价值，主要原因是其强大影响力。为此，要对其给予高度重视，及时发现问题，在根本上保证装甲车的稳定与安全运行。

一、装甲车轴承故障定位诊断系统类型介绍

首先，对于轴承-轴承座有限元模型，能够借助仿真模式，实现对振动测点整体状况优化与完善的目的。其次，对于有限元仿真方式，能够以载荷为基础条件，对轴承外圈故障进行响应诊断，形成模型，能够明确非平衡荷载条件下，轴承滚动体对外圈形成的实际冲击荷载值。再次，有限元方式以冲击荷载为依据，探讨转子轴承系统实际响应状态。第四，以轴承径向为参考值，结合转速，依托ANSYS/LA-DYNA，掌握滚动轴承动力学的高效仿真，形成轴承动态响应图。第五，依靠LS-DYNA仿真，分析轴承滚动体与滚道直接的接触力，达到对振动效应实际情况的掌握，与此同时，明确滚动体进入缺陷以及离开缺陷时间点滚动体和滚动道之间接触力的实际变化状态。第六，依托ADAMS平台，分析了高速圆柱滚子轴承，探讨了差异化保持架引导模式下高速圆柱滚子轴承动态响应原则与规律。

在新的发展阶段，要将轴承故障机理分析工作作为重点，明确主要特征，采取定量分析的模式，充分发挥ADAMS轴承刚柔耦合动力学模型的实用价值，保证仿真的有效性。

二、基于专业角度对轴承双冲击理论的阐述

一旦轴承外圈出现异常，发生故障，故障规模会直接影响振动响应。在故障最初形成阶段，其产生的变化不大，影响较小，同时，响应信号集中体现为单冲击，随着故障程度的不断增强，在达到某一值，此时滚动体出现问题，随即发生第一次冲击。随后，在故障不断加剧的过程中，出现第二次冲击，此时，轴承故障信号不在维持不变，体现为双冲击。不同程度的故障表现为差异化的响应。立足双冲击时段，时域信号在间隔方面更显多样性。从本质上讲，冲击间隔与故障大小以及宽度息息相关。通过分析可以发现，双击时间与故障宽度呈现正比例关系，需要结合双击时间，明确故障程度，达到轴承故障大小的准确定量与诊断。

三、依托ADAMS对滚动轴承动力学仿真的探讨

1.以Solidworks为基础完成滚动轴承三维实体的建模

为了进行故障的深入研究，需要依托Solidworks软件进行操作，设计四种故障，选取不同故障宽度的轴承外圈以及正常内圈，联合维护架与滚动体，形成三维模型。具体讲，需要对外圈故障宽度进行事先设置，确定为0.5mm，同时，将轴承外圈故障大小设计为0.5mm，2mm，3.5mm以及5mm，结合这四种不同故障规格，形成对应故障类型，实现了不同尺寸外圈故障轴承导入ADAMS系统的目的。在随后的操作中，以尺寸为依据，实施柔性化操作，将其置于ANSYS之中，实现柔性外圈对刚性外圈的替代，形成包含外圈故障的刚性耦合模型。

2.对仿真的综合分析与研究

立足仿真研究，ADAMS的自带差值的使用具有必然性，将其优势与作用有效发挥在轴承外圈加速度时域信号图的处理环节中，将数字导入Matlab，后期差异化故障条件下的轴承外圈频谱图，还囊括包络图以及时域局部放大图。根据时域图，能够确定冲击的周期性特点。同时，包洛解调谱肯定了外圈故障特征的频率性，凸显较强的倍频成分。如果外圈故障级别处于0.5mm的范围，那么，故障单冲击脉冲体现在时域放大图中，在故障不断扩大的形势下，双冲击也会随即出现，凸显脉冲间隔与故障宽度的关系，二者呈现正比例关系。由此可见，故障轴承时域信号图的作用是表达双冲击时间间隔与轴承尺寸，保证故障定位的高效性。

3.实验结果总结

为了实现对仿真效果的考验，需要依托电火花加工方式，对外圈故障进行程度划分，一般设置为四个差异化的大小，构建矩形故障区域，联合保持架、滚动体以及内圈，形成四肢不同外圈故障大小的轴承，在此基础上，收集四种加速振动响应信号，得到相应的频谱图、包络图以及时域局部放大图。实验证明，仿真结果与实验结果具有一致性。如果故障处于0.5mm阶段，振动响应信号的时域图只能体现为单冲击，双冲击不存在发生的条件。在故障尺寸不对增大的过程中，也就是达到2mm、3.5mm以及5mm的时候，振动响应信号中就会出现双击现象，同时，结合不同故障时域放大图，能够明确双冲击时间间隔，这一数据印证了理论计算的准确性，对仿真结果给予肯定。

四、基于强冲击环境对变速箱滚动轴承故障诊断的探讨

1.加强冲击环境变速箱滚动轴承故障诊断分析的背景

对于装甲车而言，其运行环境复杂，条件恶劣，很容易遭到强大冲击，滚动轴承发生故障，同时，这种故障会产生较大的影响力。基于此，要以强冲击为条件，对变速箱滚动轴承故障诊断问题进行系统分析，以便能够在最短时间内发现问题，给予更换，避免事故的发生，在根本上保证变速箱以及装甲车的稳定运行。

2.强冲击条件下变速箱滚动轴承故障诊断方法

变速箱振动信号稳定性不强，同时是非线性状态，需要面对调制问题。在传统诊断中，与频域法为主要手段，滞后性严重，无法实现对强冲击环境下下变速箱滚动轴承故障特征的准确提取。基于此，小波包分析法引入其中，能够实现对低頻与高频信号的同时分解，满足非平稳信号分析处理要求。具体讲，在滚动轴承出现故障的时候，降低某些频段能量，与此同时，造成另外一些频段信号能量的增加。由此可见，可以依托能量法确定故障范围。变换法主要作用是对调制信号进行有效调节，实现低频故障与高频故障特征的分离。同时，以小波包分析法为主要方式，对负载扰动背景下的变频调速系统的故进行诊断，从而明确负载变化与信号特征的实际关系。在应用小波包-包洛谱分析的施工，能够实现对轴承外圈故障频率的准确提取，掌握滚动体的故障特征。

3.小波包-包洛谱分析法介绍

对于小波包分析法，其小波分析为手段，能够满足分解的精细化，保证重构的合理性，达到高频与低频的分解要求。同时，能够采取自适应的手段，对频段进行合理选择，保证彼此之间的适应性，切实提升视频分辨率。对于Hilbert变换，主要体现的是对时域信号绝对值的包洛，可以从信号中进行调制信号的提取，达到对调制变换的分析，凸显故障特征提取。

五、结束语

综上，鉴于装甲车运行环境的复杂，其故障问题不容忽视，尤其是要结合装甲车变速箱轴承相关参数，发挥ADAMS轴承刚性耦合动力学模式的作用，双冲击理论进行深入分析，结合不同规格的轴承外圈故障，在对振动相应信号进行分析的前提下，对双击现象进行探讨，借助差异化的时间间隔，判定轴承外圈故障宽度，达到对轴承外圈故障的精准定位与诊断，为装甲车安全、可靠运行提供保障。

【参考文献】

[1]何雷.基于局部均值分解和证据理论的变速箱故障诊断研究[D].中南大学，2014.

[2]孙雪.某履带式装甲车悬挂系统的滚针轴承分析[D].沈阳理工大学，2009.