·68 工程科学学报，第37卷，增刊1 的周期性突变，其间隔和轴承故障特征频率40Hz的 倒数对应.瞬时交叉能量傅里叶频谱如图1(d)示，轴 内圈损伤 承故障特征频率及其倍频（高达15阶）非常明显，说 明轴承存在故障 表1仿真信号各本质模式函数与原始信号的相关系数和峭度 Table 1 Kurtosis and coefficient of IMF with an original simulated sig- nal 本质模式函数(MF) 与原始信号的相关系数峭度值 外圈损伤 1 0.8324 3.2621 2 0.5455 3.7528 图2滚动轴承元件损伤 3 0.3509 3.4416 Fig.2 Damage of rolling element bearing 4 0.2610 3.0228 0.1941 3.0048 加速度计 V型带 5 实验信号分析 待测轴承 5.1实验说明 驱动电机 实验滚动轴承型号为GB6220深沟球轴承，参数 见表2.为了模拟滚动轴承各元件的局部损伤，分别在 转轴 外圈、内圈用电火花加工一个直径为2mm,深为1mm 加载机构 的凹坑，如图2所示.图3为实验系统，试验滚动轴承 支承转轴，交流电机通过V型带驱动转轴旋转.加速 图3滚动轴承实验台 度传感器安装在待测轴承座的正上方.实验中，电机 Fig.3 Test rig of rolling element bearing 转速设定为444r·min,作用在待测滚动轴承上的负 表3滚动轴承GB6220元件的特征颖率 载为15.68kN,采样频率为10kHz.根据滚动轴承的参 Table 3 Characteristic frequency of rolling element bearing GB6220 数，分别计算各元件的故障特征频率，见表3. Hz 表2滚动轴承GB6220基本参数 轴旋转频率 滚珠通过外圈频率 滚珠通过内圈频率 Table 2 Main parameters of rolling element bearing GB6220 7.4 30.3 43.7 内径/mm外径/mm宽度/mm球个数球径/mm接触角/() 100 180 34 10 25.4 0 敏感分量，它与原始信号的瞬时交叉能量波形如图4 (b)示，瞬时交叉能量频谱如图4(c)示.可见，信号时 5.2信号分析 域波形中没有周期性冲击特征，交叉能量谱中也没有 5.2.1正常信号分析 与轴承元件故障特征频率对应的频率成分，表明轴承 图4(a)为正常轴承振动信号时域波形，通过集合 没有故障 经验模式分解得到本质模式函数，前5个本质模式函 5.2.2外圈故障信号分析 数的峭度及其与原始信号之间的相关系数见表4，根 对于外圈故障振动信号，选取第2个本质模式函 据敏感分量的选取原则，选取第2个本质模式函数为 数为敏感分量，分析结果如图5所示.由图5()交叉 表4本质模式函数分量与原始信号的相关系数和峭度 Table 4 Kurtosis and coefficient of IMF with original signal 轴承数据 本质模式函数 正常 外图故障 内图故障 与原始信号的相关系数峭度 与原始信号的相关系数峭度 与原始信号的相关系数峭度 0.3397 3.7201 0.4051 4.5519 0.3788 4.0323 0.7139 4.8826 0.8204 6.0053 0.8085 5.2938 3 0.7698 2.6985 0.7760 2.9253 0.8583 2.6035 4 0.3533 2.9858 0.3163 5.1994 0.3592 5.7694 5 0.2102 2.6767 0.1250 3.4205 0.1345 4.3659工程科学学报，第 37 卷，增刊 1 的周期性突变，其间隔和轴承故障特征频率 40 Hz 的 倒数对应． 瞬时交叉能量傅里叶频谱如图 1( d) 示，轴 承故障特征频率及其倍频( 高达 15 阶) 非常明显，说 明轴承存在故障． 表 1 仿真信号各本质模式函数与原始信号的相关系数和峭度 Table 1 Kurtosis and coefficient of IMF with an original simulated sig￾nal 本质模式函数( IMF) 与原始信号的相关系数 峭度值 1 0. 8324 3. 2621 2 0. 5455 3. 7528 3 0. 3509 3. 4416 4 0. 2610 3. 0228 5 0. 1941 3. 0048 5 实验信号分析 5. 1 实验说明 实验滚动轴承型号为 GB6220 深沟球轴承，参数 见表 2． 为了模拟滚动轴承各元件的局部损伤，分别在 外圈、内圈用电火花加工一个直径为 2 mm，深为 1 mm 的凹坑，如图 2 所示． 图 3 为实验系统，试验滚动轴承 支承转轴，交流电机通过 V 型带驱动转轴旋转． 加速 度传感器安装在待测轴承座的正上方． 实验中，电机 转速设定为 444 r·min － 1 ，作用在待测滚动轴承上的负 载为15. 68 kN，采样频率为10 kHz． 根据滚动轴承的参 数，分别计算各元件的故障特征频率，见表 3． 表 2 滚动轴承 GB6220 基本参数 Table 2 Main parameters of rolling element bearing GB6220 内径/mm 外径/mm 宽度/mm 球个数 球径/mm 接触角/( °) 100 180 34 10 25. 4 0 5. 2 信号分析 5. 2. 1 正常信号分析 图 4( a) 为正常轴承振动信号时域波形，通过集合 经验模式分解得到本质模式函数，前 5 个本质模式函 数的峭度及其与原始信号之间的相关系数见表 4，根 据敏感分量的选取原则，选取第 2 个本质模式函数为 图 2 滚动轴承元件损伤 Fig． 2 Damage of rolling element bearing 图 3 滚动轴承实验台 Fig． 3 Test rig of rolling element bearing 表 3 滚动轴承 GB6220 元件的特征频率 Table 3 Characteristic frequency of rolling element bearing GB6220 Hz 轴旋转频率 滚珠通过外圈频率 滚珠通过内圈频率 7. 4 30. 3 43. 7 敏感分量，它与原始信号的瞬时交叉能量波形如图 4 ( b) 示，瞬时交叉能量频谱如图 4( c) 示． 可见，信号时 域波形中没有周期性冲击特征，交叉能量谱中也没有 与轴承元件故障特征频率对应的频率成分，表明轴承 没有故障． 5. 2. 2 外圈故障信号分析 对于外圈故障振动信号，选取第 2 个本质模式函 数为敏感分量，分析结果如图 5 所示． 由图 5( c) 交叉 表 4 本质模式函数分量与原始信号的相关系数和峭度 Table 4 Kurtosis and coefficient of IMF with original signal 本质模式函数 轴承数据 正常 外圈故障 内圈故障 与原始信号的相关系数 峭度 与原始信号的相关系数 峭度 与原始信号的相关系数 峭度 1 0. 3397 3. 7201 0. 4051 4. 5519 0. 3788 4. 0323 2 0. 7139 4. 8826 0. 8204 6. 0053 0. 8085 5. 2938 3 0. 7698 2. 6985 0. 7760 2. 9253 0. 8583 2. 6035 4 0. 3533 2. 9858 0. 3163 5. 1994 0. 3592 5. 7694 5 0. 2102 2. 6767 0. 1250 3. 4205 0. 1345 4. 3659 ·68·