基于振動(dòng)信號(hào)的滾動(dòng)軸承故障診斷與預(yù)測(cè)

基于振動(dòng)信號(hào)的滾動(dòng)軸承故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究機(jī)械工程鄭佳文機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承故障原理與特征分析滾動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的零件之一，同時(shí)也是機(jī)械設(shè)備中最易損壞的元件，當(dāng)前旋轉(zhuǎn)機(jī)械的許多故障都與滾動(dòng)軸承的故障有關(guān)。對(duì)滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)和各種常見的失效形式的研究有助于更好的在生產(chǎn)和使用中診斷和預(yù)防各種故障的發(fā)生，以減少因軸承故障而造成的財(cái)產(chǎn)損失。機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與工作原理機(jī)械工程學(xué)院機(jī)構(gòu)示意圖滾動(dòng)軸承失效形式分析主要故障及失效形式：機(jī)械工程學(xué)院磨損失效疲勞失效腐蝕失效斷裂失效壓痕失效膠合失和效保持架損壞機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承振動(dòng)機(jī)理與特征頻率分析機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承振動(dòng)原理圖滾動(dòng)軸承特征頻率分析為分析軸承各部分的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，做如下假設(shè)：(l)滾道與滾動(dòng)體之間無相對(duì)滑動(dòng)；(2)承受徑向、軸向載荷時(shí)各部分無變形；(3)內(nèi)圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為fi；(4)外圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為fo；(5)保持架回轉(zhuǎn)頻率，即滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率，為fc。根據(jù)速度v=2πrf，分別得到軸承內(nèi)外圈及保持架上的速度。Vi,Vo,Vc.機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率分析機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承套圈橫截面簡(jiǎn)化圖與徑向彎曲振動(dòng)振型示意圖滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)特性分析振動(dòng)信號(hào)特征磨損類故障滾動(dòng)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損時(shí)，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承內(nèi)圈中心會(huì)繞外圈呈現(xiàn)中心擺動(dòng)，此時(shí)的軸承振動(dòng)頻率為nfr(n=1,2,…)。表面損傷類軸承內(nèi)圈損傷軸承外圈損傷軸承滾動(dòng)體損傷機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承故障特征提取方法在機(jī)械設(shè)備的故障診斷研究過程中，故障特征的提取是第一步，也是關(guān)鍵的一步和困難的一步。實(shí)際工作中的機(jī)械設(shè)備上所采集到的振動(dòng)信號(hào)，往往包含大量的噪聲信息，對(duì)于故障特征的提取造成干擾。機(jī)械工程學(xué)院小波分析小波分析通過伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)逐步進(jìn)行多尺度的細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分、低頻處頻率細(xì)分的目的，能自適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)。機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院僅從振動(dòng)信號(hào)時(shí)域波形圖無法有效判斷軸承的故障種類，需要建立提取振動(dòng)信號(hào)故障特征的方法和故障種類的識(shí)別模型。機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院信號(hào)提取處理去噪和降噪是機(jī)械振動(dòng)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，現(xiàn)實(shí)情況下所采集到的振動(dòng)信號(hào)都不可避免的摻雜了噪聲，受到噪聲的干擾，有些情況下甚至原始真實(shí)信號(hào)湮沒于強(qiáng)大的噪聲中，造成信息提取的困難，影響到后期故障診斷分析。因此，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷過程中，一般要對(duì)測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行前期處理以濾除噪聲或降低噪聲的強(qiáng)度、減小其干擾，使信號(hào)盡可能接近目標(biāo)監(jiān)測(cè)對(duì)象的真實(shí)振動(dòng)，便于提取真實(shí)信號(hào)的特征值用于故障診斷。機(jī)械工程學(xué)院濾波器去噪小波分解降噪基本原理類似，均通過對(duì)噪聲進(jìn)行抑制實(shí)現(xiàn)降噪目的機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承故障的頻譜和波形特征（1）徑向振動(dòng)在軸承故障特征頻率及其低倍頻處有波峰，若有多個(gè)同類型故障（內(nèi)滾道、外滾道等），則在故障特征頻率的低倍頻處有較大的峰值。

（2）內(nèi)滾道故障特征頻率有邊帶，邊帶間隔為1倍頻的倍數(shù)。

（3）滾動(dòng)體特征頻率處的邊帶，邊帶間隔為保持架故障特征頻率。

（4）在加速度頻譜的中高區(qū)域若有峰群突然生出，表明有疲勞故障。

（5）徑向診斷時(shí)域波形有垂直復(fù)沖擊跡象（有軸向負(fù)載時(shí)，軸向振動(dòng)波形與徑向相同，或者其波峰系數(shù)大于5，表明故障產(chǎn)生了高頻沖擊現(xiàn)象）。

機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承的故障診斷方法滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障診斷方法分為簡(jiǎn)易診斷和精密診斷兩種：簡(jiǎn)易診斷：的目的是初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡(jiǎn)易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)故障軸承的故障類別及原因。由于滾動(dòng)軸承自身的特點(diǎn)，一旦損壞，普通維修很難修復(fù)，大多采用更換的維修方式進(jìn)行處理；精密診斷：主要作用是理論研究和在特殊場(chǎng)合（例如無配件的情況下）判定設(shè)備能夠堅(jiān)持運(yùn)行的時(shí)間。提高設(shè)備的使用效率。所以一般情況我們采用軸承簡(jiǎn)易診斷方法就可以滿足日常設(shè)備維護(hù)的需要。因此下面我重點(diǎn)介紹軸承的簡(jiǎn)易診斷法。

機(jī)械工程學(xué)院應(yīng)用實(shí)例華錦集團(tuán)公司采暖給水泵檢測(cè)報(bào)告

設(shè)備名稱：注水泵

設(shè)備編號(hào)：2#

測(cè)點(diǎn)名稱：泵B

采樣時(shí)間：2003\10\24\09:58:26

數(shù)據(jù)類型：加速度

頻譜圖：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院診斷結(jié)論：

1、從時(shí)域圖譜看其疏密較為均勻；

2、從頻域圖譜中軸承出現(xiàn)疲勞后，在250Hzg到500Hz這一頻帶上出現(xiàn)大量峰群值?？膳袛喑鲈撛O(shè)備轉(zhuǎn)子組件可能松動(dòng)或軸承間隙是否超差；需要進(jìn)一步觀察。

通過頻譜分析的方法來判斷滾動(dòng)軸承的故障有時(shí)會(huì)比較困難，主要原因是由于滾動(dòng)軸承的制造、材質(zhì)等方面原因，使得特征頻率與理論計(jì)算值有所區(qū)別。因此在檢測(cè)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

1、確認(rèn)故障特征頻率處有峰，表明存在該種故障，若還有明顯的倍頻成份，表明故障嚴(yán)重。

2、確認(rèn)內(nèi)滾道故障特征頻率處不但有峰，還有間隔為1X的邊頻，表明有內(nèi)滾道故障。

3、確認(rèn)滾動(dòng)體故障特征頻率處不但有峰，還有邊頻，表明滾動(dòng)體有故障。