基于小波分析的滚动轴承故障诊断

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1、滚动轴承电化学腐蚀的故障诊断前言滚动轴承的电化学腐蚀是滚动轴承损害的一项重要原因，本文探讨了滚动轴承的电化学腐蚀机理，影响电化学腐蚀的主要原因。针对发生电化学腐蚀的滚动轴承，本文叙述了一种滚动轴承的故障诊断的方法，用小波变换的方法分析和处理轴承的振动信号，用来监测滚动轴承的性能状态，并诊断出滚动轴承的故障。关键词：电化学腐蚀；小波变换；故障诊断;1轴承的电化学腐蚀1.1金属的电化学腐蚀过程金属与电介质相互作用而发生的腐蚀称为电化学腐蚀。轴承金属零件在大气中的腐蚀主要是电化学腐蚀，电化学腐蚀的生成物一般不能在金属表面形成保护薄膜

2、，因此，比化学腐蚀危害严重。电化学反应过程分为阳极过程和阴极过程，阳极过程是金属以水化离子的形式进入电解液中，并把当量电子留在金属中;阴极过程是某种去极化剂(H+，O2)吸收出现在金属中的剩余电子。发生电化学腐蚀时，阳极区的金属原子发生离子化过程，转入水溶液介质中而成为金属离子()，与水分子发生“水化作用”成为水化离子(·mH2O)，同时把当量电子留在金属中;阴极区发生阴极反应，溶解在水溶液中的氧原子获得电子而和水分子形成氢氧根离子。即阳极反应:M→+ne，+mH2O→·mH2O;阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH－;腐蚀

3、产物反应式:·mH2O+nOH－→(OH)n·mH2O。水化金属离子与氢氧根离子发生反应，生成金属的腐蚀产物分散在金属表面的水溶液内。在中性或碱性溶液中，当金属腐蚀产物的浓度超过溶解度时才有可能沉积;在酸性溶液中金属的腐蚀产物则不会发生沉积，因此腐蚀速度更快。1.2金属的电化学腐蚀机理1.2.1金属的电极电位当均匀的纯金属插入电解液中时，金属与溶液的交界面即发生下列反应:金属以金属离子进入溶液中并与水作用成为水化离子，与此同时，在金属内部留下当量电子使金属带负电。在金属离子进入溶液中时，破坏了溶液的电中性而使溶液带正电。金属中

4、的负电吸引了溶液中的阳离子，使靠金属表面形成双电层，在金属与溶液界面上产生了一定的电位差，如图1所示。金属愈活泼，离子化倾向愈大，进入溶液中的金属离子就愈多，双电层电位差就愈大。如果没有外界作用，这一过程很快就达到平衡，这时金属离子从金属上溶解于溶液中的速度和金属离图1双电层示意图子沉积于金属表面的速度相等，即建立了物质的动态平衡与电荷平衡。这种动态平衡建立时，金属表面(双电层)所形成的电位差称作该金属的平衡电极电位。它不仅取决于所形成的双电层的性质，还与这种金属离子在溶液中的有效浓度有关。金属的种类、状态、电解液性质都会影响

5、金属的平衡电极电位值。金属的电极电位值负值越大，表明金属转入介质中成为离子的趋势越大，金属受腐蚀的可能性就越大。相反，电极电位值正值越大，表明金属离子化倾向越小，金属就更稳定，耐蚀性越强。1.2.2腐蚀原电池的作用上节讨论对象是均匀的纯金属在电解质溶液中的现象，现实的轴承用金属材料却是成分和组织不均匀的合金材料，在加工过程中产生了不同的应力，在与电解液接触时不可能达到金属离子电离与沉积的动态平衡，在金属表面发生的原电池反应是轴承锈蚀的主要原因。金属的热力学不稳定性、离子化倾向不同和金属内部的不均匀性造成了金属的电化学不均匀性。

6、3个因素导致了轴承金属表面腐蚀原电池的形成，电化学腐蚀的发生有3个必要条件:金属各部分存在着电极电位差;有电极电位差的各部分金属被电导体连接;具有电极电位差的各部分金属处在互相连通的电解液中。电化学腐蚀过程由以下3个环节组成。(1)阳极区发生氧化反应，金属不断变为离子，留下电子，发生腐蚀:M→+ne(阳极表面);+mH2O→·mH2O(阳极区附近溶液中)。(2)释放出的电子从阳极流到阴极:ne阳→ne阴。(3)在阴极区发生还原反应，即流出来的电子被吸收电子的物质吸收。吸收电子的物质因电解液性质不同而不同。在酸性溶液中:2H++

7、2e→H2↑，在中性或碱性溶液中:O2+2H2O+2e=4OH－。总的来说，电化学腐蚀过程由阳极反应、电子流动、阴极反应3个环节组成。根据原电池的作用原理，在电解质的溶液中，任何两种电极电位不同的金属相连接都可以构成原电池，而使电极电位为负的金属成为阳极而被腐蚀。由于轴承钢自身含有各种杂质和其他金属元素，以及钢材零件本身的物理性质和化学性质的不均匀性，当轴承在大气中吸附一层水膜的时候，就在轴承的表面形成了很多微小的原电池，造成轴承的腐蚀，如图2所示。图2金属腐蚀过程示意图在阳极发生阳极反应:Fe→+2e(氧化)，在阴极发生阴极

8、反应:1/2O2+H2O+2e→2OH－(还原)。随着腐蚀的进行，与OH－又发生反应，生成Fe(OH)2:+2OH－=Fe(OH)2，氢氧化亚铁又被溶解在水中的氧进一步氧化成为氢氧化铁:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。一般大气中常见的铁锈，就是氢氧化铁、氢