姚玲峰 宋 超 肖世德

(1.成都纺织高等专科学校 机械工程学院，四川 成都 611731；2.西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031)

0 引言

滚珠丝杠副是一种应用较为广泛的传动机构，它能够将旋转运动转换为直线移动，在CNC机械、精密工具机、高速化机械等方面有较为广泛的应用[1]。

作为设备传动系统的重要组成部分，滚珠丝杠副的健康状态决定着生产是否能够正常进行。因此对滚珠丝杠副的状态监测成为技术人员考虑的问题。通常在滚珠丝杠副的前后端支座或丝杠螺母上安装加速度传感器，通过采集滚珠丝杠副的振动信号进行分析，以判断滚珠丝杠副的健康状态。

EMD(Empirical Mode Decomposition)分解方法是一种处理非平稳非线性信号的有效方法，通过分解可将采集到的原始信号分解成若干具有原始信号局部特征的本征模态函数，即IMF(Intrinsic Mode Functions)，每一个IMF所具有的频率成分与原始信号相关，且随原始信号的变化而变化[2]。对分解后的信号进行快速傅里叶变换，即FFT(Fast Fourier Transform)，可以得到滚珠丝杠副的功率谱和特征频率，通过特征频率可以判断滚珠丝杠副的健康状况。

1 EMD和FFT方法介绍

1.1 EMD基本算法

通过如图1所示的流程图可以对原始信号进行EMD分解[3-8]。

图1 EMD分解流程图

经EMD分解后，原始信号可用下式表示：

(1)

式中：x(t)为原始信号；ci为本征模态函数，即IMF分量；rn为余项。

1.2 FFT基本原理

本次采集到的数据为离散数据，则离散傅里叶变换公式为：

(2)

式中X(j)为频域函数，x(k)为时域函数，N为计算点数，j=0,1,…,N-1；k=0,1,…,N-1 。

2 信号分析

本试验采用某品牌4020型滚珠丝杠副，其结构参数见表1：