滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)

滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)錄旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷特征參數(shù)的提取并建立了相應(yīng)的滾動(dòng)軸承典型故障(外圈損傷、內(nèi)圈損傷、滾動(dòng)體損傷)的理論模型，給出了一些滾動(dòng)軸承故障診斷常用的特征參數(shù)。通過對(duì)滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)機(jī)理的研究可以幫助我們了解滾動(dòng)軸承故障的本質(zhì)和特征。本文對(duì)特征參數(shù)的提取，理論推導(dǎo)，和過程都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，本文所提出的方法不僅僅適用滾動(dòng)軸承故障的診斷，還可推關(guān)鍵詞:滾動(dòng)軸承；故障診斷；特征參數(shù)；分辨指數(shù)；識(shí)別率ofRotatingMachinerye識(shí)別機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，它研究的是機(jī)器或機(jī)的變化在診斷信息中的反映。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和工業(yè)化程度，機(jī)械設(shè)備精密程度、復(fù)雜程度及自動(dòng)化程度不斷提高，憑個(gè)人的、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、模式識(shí)別、人工綜合技術(shù)發(fā)展起來的一門多學(xué)科交叉和融合的新技術(shù)。早在二次世，由于大量軍事裝備缺乏診斷技術(shù)和維修手段，而造成非戰(zhàn)斗性的展，集成電路的出現(xiàn)，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代，特別是1965信號(hào)采集特征提取元件，它的運(yùn)行狀態(tài)是否正常直接影響到整臺(tái)機(jī)器軸承故障狀態(tài)信號(hào)特征提取1)時(shí)域分析法故障信號(hào)法有相關(guān)分析和時(shí)序分析，普遍采用振動(dòng)信號(hào)的基征進(jìn)行診斷分析，如均值、有效值、峰值和無量綱平均法是滾動(dòng)軸承故障診斷最為常用的一種信號(hào)增動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)多周期的信號(hào)進(jìn)行同步平均信號(hào)。這種方法可以有效降低其他部件和振動(dòng)源噪比[3]。2)頻域分析法FFT轉(zhuǎn)換成頻譜圖，采用振動(dòng)信號(hào)的頻如特征頻率、幅值、無量綱判別因子等，對(duì)滾動(dòng)軸承的。在滾動(dòng)軸承診斷技術(shù)中常用的頻譜圖有全息譜、幅值時(shí)必須有足夠高的頻率分辨率，通常采用細(xì)化譜分析技3)時(shí)頻分析法特征又能夠反映頻域特征，可以很好的描述滾動(dòng)軸承了短時(shí)傅立葉變換分辨率不可變的缺陷，在時(shí)域和4)智能診斷斷。類人工智能診斷系統(tǒng)是基于知識(shí)的專家系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的智能診斷系統(tǒng).維；。，如將模糊集理論與專家系統(tǒng)以有效縮短網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練過程中滯留于局部極小區(qū)域的學(xué)習(xí)速度[6]。算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的飛速發(fā)展從目前的研究資料來看，滾動(dòng)方向。將多種不能故障診斷研究的一個(gè)發(fā)展趨經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，實(shí)例推理與神經(jīng)統(tǒng)的結(jié)合等[7]。中的各種故障數(shù)據(jù)，按照不同定位故障點(diǎn)。主要對(duì)狀態(tài)監(jiān)測所得到的信息集成到診斷系統(tǒng)中，進(jìn)行在線數(shù)據(jù)處理與在時(shí)診斷的轉(zhuǎn)變，也實(shí)現(xiàn)信息診斷與智能診斷程協(xié)作診斷是將滾動(dòng)軸承診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)共享，因此必須使傳統(tǒng)診斷技術(shù)的核心部分(即號(hào)分析和診斷專家系統(tǒng))能夠在網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)程運(yùn)行[9]。決定設(shè)備運(yùn)行方式或策略，最終預(yù)知故障，從而術(shù)的最高目標(biāo)。它是把診斷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)一步斷、控制、管理于一身.它由單機(jī)診斷發(fā)展到分布式全系，相應(yīng)的也就需要多種數(shù)據(jù)處理和診斷推理方法的人機(jī)工作環(huán)境，提高診斷的效率，提高人們的設(shè)備繼而擴(kuò)展到接大面積剝落，這種現(xiàn)象就叫做疲勞剝落。正常工作條障的主要原因。習(xí)慣上所說的軸承壽命就是指軸更會(huì)加劇表面磨損。磨損的結(jié)果使?jié)L動(dòng)軸承游了滾動(dòng)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因而也降低了機(jī)器的之增大。對(duì)于精密機(jī)械中所用的滾動(dòng)軸承，往往就是因?yàn)槟p量限制了滾動(dòng)軸承的壽命。此外，還有一種所謂的微振磨到振動(dòng)時(shí)，由于滾動(dòng)體和滾道接觸面間微小動(dòng)軸承受到過大的沖擊載荷或者靜載荷，或使?jié)L動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲。而面。當(dāng)水分直接侵入滾動(dòng)軸承時(shí)就會(huì)引起承停止工作時(shí)，滾動(dòng)軸承溫度下降達(dá)到零接觸點(diǎn)處，電流通過很薄的油。高精度的滾配時(shí)引起的殘余應(yīng)力、工作時(shí)的熱應(yīng)金屬粘附到另一表面的現(xiàn)象。在潤滑不良，高速軸承零件可能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的7)保持架損壞1)沖擊脈沖法(SPM法)SPMShockPulseMethod軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中。當(dāng)滾動(dòng)軸承受到損傷后，如疲勞剝落、裂紋、磨損程中就會(huì)產(chǎn)生衰減性的振動(dòng)。這種振動(dòng)中沖擊的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)速下的故障大小程度.沖擊脈沖法就是基于這個(gè)基本原成脈沖值.利用脈沖值(dB)可以確定滾動(dòng)軸承的好壞情2)共振解調(diào)法(IFD法)脈沖法的共同特點(diǎn)是:利用傳感器或者電路的斷出故障發(fā)生的部位，如具體指出故障3)特征參數(shù)判斷法征參數(shù)，來判斷滾動(dòng)軸承故障:斷最常用的方法，通過對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處征，進(jìn)行故障診斷分析。滾動(dòng)軸承故障診斷時(shí)的特兩種。有量綱特征參數(shù)，如均值、峰值、有效值反映滾動(dòng)軸承的故障特征，但是當(dāng)滾動(dòng)軸承的負(fù)化時(shí)，這些特征參數(shù)隨著振動(dòng)的變化而變化，容易無量綱判別因子，如歪度、峭度、峰值因子、波值受滾動(dòng)軸承的尺寸、負(fù)載、轉(zhuǎn)速變化的影響，只取大小。但是這些判別因子各有局限性，某一個(gè)因子，而不能用于判別其他的故障，如峰值因子對(duì)滾動(dòng)的敏感，但是對(duì)于滾動(dòng)軸承磨損之類的故障幾乎沒大困難，不容易找到一個(gè)最佳的特征參數(shù)來進(jìn)行故斷流程框圖。軸承振動(dòng)機(jī)理的研究，有助于了解滾動(dòng)軸承故障的2)詳細(xì)介紹了本實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備儀器，并根據(jù)本研究建立了相應(yīng)的適應(yīng)3)在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上分別對(duì)滾動(dòng)軸承的常見故障:外圈損傷、內(nèi)圈損傷、滾通過對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理建立了滾動(dòng)軸承典型故障的理論振動(dòng)模型，分別說明了滾動(dòng)軸承外圈損傷、內(nèi)圈損傷、滾動(dòng)體損傷時(shí)的振動(dòng)信號(hào)波形的典型特征，給處了一些常用的滾動(dòng)軸特征參數(shù)[15]。參數(shù)2(3)滾動(dòng)軸承外圈固定，內(nèi)圈(即軸)的旋轉(zhuǎn)頻率為f;sV=2"rf="f(D-dcosa) (2-1)1s外圈滾道上一點(diǎn)的速度為:0保持架上一點(diǎn)的速度為::f==1f (Dcosa)c2"D2(|1 (Dcosa) (2-2) (2-3) (2-4)從固定在保持架上的動(dòng)坐標(biāo)系來看，滾動(dòng)體與內(nèi)圈作無滑動(dòng)滾動(dòng)，它的回d轉(zhuǎn)頻率之比與d1同時(shí)考慮到滾動(dòng)軸承有Z個(gè)滾動(dòng)體，則:(1)Z個(gè)滾動(dòng)體與外圈滾道上某一固定點(diǎn)的接觸頻率f為:0f=Zf=1Z(|1-dcosa)|f0c2(D)s(2)Z個(gè)滾動(dòng)體與內(nèi)圈滾道上某一固定點(diǎn)的接觸頻率f為:f=Z(f-f)=1Z(|1+dcosa)|fiisc2(D)s (2- (2-7)(3)Z個(gè)滾動(dòng)體上某一固定點(diǎn)與外圈或者內(nèi)圈滾道的接觸頻率f為:b (2-8)0ib0ib動(dòng)軸承元件的頻率，因此f、f和f又分別稱為外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的故0ibf=n(n2-1)*4EIg(2-EGPa;I--套圈橫截面的慣性矩mm4; (2-f= (2-bnRy之中，分為使用的是有量綱運(yùn)作狀態(tài)的依賴域無量綱特征參綱特征參數(shù)i=1 (2-11) (2-12)i=1N1L1(XX)2 (2-13) (4)最大值：Xmax= (2-14)2 1 p1(XXp)2(7)極大值的標(biāo)準(zhǔn)方差：p1(XXp)2pp11 1 在此：X{XXX=X<X,i=1......N}L1L1i1L1i+1 (9)極小值的標(biāo)準(zhǔn)方差：=i=1L1lLL11 (2-19)2.2.2時(shí)間領(lǐng)域的無量綱特征參數(shù) (1)波形率：S=FX (2-20) (2)歪度：=1(Xi一X)313 (2-21) 24 (2-22)X (4)波高率：C=maxF (2-23)XmaxX (5)最大值比率：RmaxXmax (2-24)XL (6)極大值的變動(dòng)率：y=LXLL (2-25)XL (7)極小值的變動(dòng)率：y=LXLL(2-26)NX (8)平方根的平均值：L=i=1iF(2-27) (9)自乘平均值：PN (9)自乘平均值：PR=i2i (2-28)PNfPNf2*S(f)Nlog(X+1) (10)對(duì)數(shù)平均數(shù)：LR=i=1ilog() (2-29)2.2.3頻率領(lǐng)域的無量綱特征參數(shù) (1)平均特征頻率：1=NS(f)ii=1i (2-30) (2)波形安定指數(shù)：Pfi2*S(fi)2NS(f)Nf4*S(f)i=1ii=1i (2-31) (3)變動(dòng)率：P=3f3N (4)歪度：P=i3N (2-33) (5)峭度：P=i=1i54N (2-34)=i=1 (6)平方根比率：=i=16N (2-35)別率[16][17]分辨指數(shù)：DI222N(ff)2*S(f)i1N1iXXX222 00(2-37)(2-37)本章主要介紹了滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖，對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械平臺(tái)和采系統(tǒng)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分:滾動(dòng)軸承故障實(shí)驗(yàn)機(jī)械平臺(tái)據(jù)采集系統(tǒng)。該平臺(tái)是由江蘇千鵬故障診斷有限公司研發(fā)的，該平臺(tái)得到金吉院士的認(rèn)可，在國內(nèi)具有先進(jìn)水平。該平臺(tái)可以模擬滾動(dòng)軸承，齒障實(shí)驗(yàn)機(jī)械平臺(tái)1234567圖3.3滾動(dòng)軸承故障實(shí)驗(yàn)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖盤、調(diào)速器等組成。通過調(diào)節(jié)配重，調(diào)節(jié)部分的安裝位置以及組件的有機(jī)組合快速模擬各種故障。系統(tǒng)的機(jī)械部分還包括被測部件有：有缺陷的軸承(外圈缺陷、內(nèi)圈缺陷、滾珠缺陷)；有缺陷的齒輪(斷齒的齒輪、磨損的齒輪)；旋轉(zhuǎn)圓盤的配重塊(在圓的齒輪+旋轉(zhuǎn)圓盤的配重塊+專用配套工具1)旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置及各部分規(guī)格b)功率：b)徑向加力器：c矩：Cb浸油式④旋轉(zhuǎn)圓盤(產(chǎn)生失衡用圓盤)amm×2c)平衡塊的安裝：每10度一處(平衡塊6只)⑤底座： 2)旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器a入三相輸出c)儀表盤：主電路操作用按鈕開關(guān)(即光顯式鈕開關(guān))，其狀態(tài)用ON，OFF表示。帶調(diào)整轉(zhuǎn)數(shù)的變頻調(diào)節(jié)器(有啟動(dòng)開關(guān))，帶模擬轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)；制動(dòng)力矩電流調(diào)節(jié)器(有電源開關(guān))。：3.1.4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)信號(hào)采集及故障診斷系統(tǒng)功能、靜平衡與動(dòng)平衡計(jì)算功組成：由傳感器(加速度4、激光轉(zhuǎn)數(shù)儀1)、電纜線、接線端子、信號(hào)條理器、數(shù)：最大量程：分辨率：使用頻率：~DC2Ma~4Ma/+15v~+28v信號(hào)條理器：放大：電壓輸入范圍：頻響：低通濾波轉(zhuǎn)折頻率：衰減速率：量誤差：供電電壓：XXDC2Ma~4Ma/+15v~+28vdBoctAC0V±10%50Hz輸入，輸出--200nSec(max.)5VDC-TTL--件：本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖所示，振蕩信號(hào)通過傳感器(加速度傳感器)經(jīng)過恒流電壓源(多通道電壓源)以后，信號(hào)采集儀會(huì)對(duì)振蕩信號(hào)進(jìn)行調(diào)理濾波，理和分析.圖外圈破損圖內(nèi)圈破損圖滾珠破損1)安裝試驗(yàn)平臺(tái)，連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，校正系統(tǒng)本2)安裝有不同故障的滾動(dòng)軸承，對(duì)滾動(dòng)軸承的三種典型故障進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：內(nèi)要介紹試驗(yàn)完成的具體步驟和過程，詳細(xì)說明信號(hào)的采集過程和特取過程。利用所得特征參數(shù)對(duì)軸承故障進(jìn)行識(shí)別，通過前后比較可1)各螺栓，螺釘松動(dòng)沒有？2)電機(jī)絕緣電阻是否合適(3)各部分布線有沒有錯(cuò)誤？4)作空載運(yùn)行，看旋轉(zhuǎn)方向是否正確？5)作短時(shí)間1~2個(gè)小時(shí)運(yùn)行，檢查機(jī)械的振動(dòng)，噪音及溫升情況，如果有運(yùn)行，查找問題是出在馬達(dá)側(cè)還是機(jī)械側(cè)？把原因弄1)先關(guān)閉電源，防止操作時(shí)觸電。2)把傳感器和采集裝置連接好。3)取下傳感器上的撥片，放在裝有軸承的待測部位。4)打開電源，開啟數(shù)據(jù)采集儀和電腦，進(jìn)入采集信號(hào)界面。！1)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2)進(jìn)入采集畫面3)儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù)，為了后期處理做準(zhǔn)備。4)根據(jù)所側(cè)數(shù)據(jù)通過軟件得出各種情況下時(shí)域波形已儲(chǔ)存好的測點(diǎn)數(shù)據(jù)，得出時(shí)域波形圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們可們想要的十個(gè)特診參數(shù)，并且如下：1)進(jìn)入軟件診斷界面，選擇特征參數(shù)診斷2)選擇基準(zhǔn)數(shù)據(jù)3)選擇點(diǎn)檢數(shù)據(jù)4)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和點(diǎn)檢數(shù)據(jù)調(diào)入好后，得出特征參數(shù)損傷的DI，DR在此我們得出下表：OODIEDIIDI在這里我們可以得出所有十個(gè)特征參數(shù)的值。而在傳統(tǒng)方法中我們需要一個(gè)一個(gè)計(jì)算，計(jì)算過程非常緩慢，而且容易出錯(cuò)，如果不好(DI，DR值不夠高)，還要重新計(jì)算，非常繁瑣。在這里我們用該軟件可以快速得出！下面簡故障狀態(tài)的特