基于振动信号的深沟球轴承滚动体故障诊断研究-论文.pdf

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1、第41卷第3期化工机械291基于振动信号的深沟球轴承滚动体故障诊断研究赵海峰杨国斌(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要目前针对滚动轴承内、外圈故障的诊断方法较为有效，但难以诊断滚动体故障。针对这种情况，利用时域统计参数(有效值、峭度、脉冲因数、裕度因数)与Hilbert包络谱两种方法，对不同转速、负荷和故障程度情况下滚动体故障与正常状况的振动加速度数据进行比较分析，得出了滚动体故障难以诊断的原因，并给出了解决方法。关键词深沟球轴承滚动体故障诊断时域统计参数Hilbert包络谱中图分类号TH133．33文献标识

2、码A文章编号0254~094(2014)03~291-05滚动轴承作为机械设备的重要旋转零件，是采用传统简单有效的时域统计参数和Hilbert包机械设备的重要故障源，据统计，旋转机械约络谱分析方法，从分析结果中获得了深沟球轴承30％的机械故障由滚动轴承引起，齿轮箱各类故滚动体故障难以诊断的原因，并提出了简单可行障中的轴承故障率仅次于齿轮，占20％⋯，因此，的解决方法。滚动轴承的故障诊断一直是研究的重点，而深沟1时域统计参数计算球轴承是滚动轴承中最为典型的一类轴承，在应当滚动轴承发生局部故障时，轴承座处的振用中量

3、大面广。动测试数据的时域统计参数(有效值、峭度、脉冲振动信号因具有丰富的滚动轴承运行状态信因子与裕度因子)变化较为明显，这些参数在滚息、测试简便、相关理论较为成熟而得到广泛应动轴承故障诊断中起着重要作用。同时，根据这用。但在实测振动数据分析过程中，仍然会遇到些参数的大小可以判断滚动轴承的故障性质和损许多问题。例如，目前针对滚动轴承内、外圈伤程度。故障的研究较多，并且诊断效果较好，而关于滚动有效值、峭度K、脉冲因子，与裕度因子体故障的诊断研究很少；再者，如果仅以包络分析的C计算式分别为：的谱图中显示的滚动轴承特征

4、频率作为判断依=据，会对故障部位出现误诊等。此外，目前Hil-bert．Huang变换、小波分析及神经网络等方法虽K：童(2)然在滚动轴承的故障诊断研究中起到一定的积极，：(3)作用，但这些方法对于现场技术人员而言是不容音易理解和掌握的。针对上述这些问题，为了更清晰地与传统认知进行比较，笔者以美国凯斯西储c：—()_(4)童大学(CaseWesternReserveUniversity)轴承数据nifil倒中心提供的公开轴承振动测试数据为研究对象，式中——采集得到的振动信号时间序列，i=黑龙江省教育厅科学技术研

5、究项目(12521051)。赵海峰，男，1981年7月生，讲师。黑龙江省大庆市，163318。292化工机械2014芷1，2，⋯，／／,o变换为：2深沟球轴承特征频率计算三(t)：rd(8)丌J一∞一丁当滚动轴承某元件出现局部损伤故障时，随则该信号的解析信号为：着转轴旋转，损伤点与其他元件表面接触处将产生冲击脉冲力，激起轴承的高频固有振动，引发周(f)：(t)+jx(t)(9)期性的冲击脉冲衰减信号，并且冲击脉冲的周期解析信号的幅值A(t)和相位(t)的表达式间隔随损伤点出现位置的变化而变化。为了为：。()=A

6、()e(10)确定深沟球轴承的故障发生部位，需要计算出相，_———————。：——一应的故障特征频率。通常深沟球轴承特征频率是其中A(t)=√(t)+(t)为解析信号的幅其几何尺寸的函数，一般由外圈故障特征频率、内值包络。原始信号(t)经过Hilbert变换，代表滚圈故障特征频率和滚动体故障特征频率确定。外动轴承元件固有特征信息的高频振动分量被去圈故障特征频率厂0、内圈故障特征频率和滚动除，仅剩下代表局部缺陷的激振间隔分量，即冲击体故障特征频率，h的计算式分别为：脉冲间隔的幅值包络信号A(t)，然后对其进行频=

7、厶f、1一Pco1／(5)谱分析。4故障诊断实例=‘f、1+Pco／1(6)笔者所用分析数据来自于美国凯斯西储大学轴承数据中心，试验台的构成如图1所示。试验=[卜(鲁c。)]㈩以电机驱动端SKF6205．2RS深沟球轴承为研究式中D——滚珠直径；对象，在轴承内、外圈和滚动体上均采用电火花技——内圈与外圈之间相对转速，单位术设置直径为0．1778、0．3556、0．5334mm3种rad／s；损伤程度的单点故障，其中外圈故障在负载区六n——滚动体个数；点钟方向设置。为了比较不同转速和承载下的滚P——节径；动轴承故

8、障特征，在每种元件和损伤程度下设置口——接触角。1730、1750、1772、1797r／min共4种转速，所对但是，需要注意的是，上述计算公式仅适用于应的承载分别为3、2、1、0HP。试验中采用电机驱滚动体纯滚动情况下的深沟球轴承。一般情况动端垂直方向的加速度传感器采集振动信号，采下，深沟球轴承的外圈固定，内圈随转轴转动，当样频率为12．00kHz。内、外圈表面发生局部损伤时，滚动体