基于振動信號的滾動軸承故障診斷與預(yù)測

基于振動信號的滾動軸承故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)研究機械工程鄭佳文機械工程學(xué)院滾動軸承故障原理與特征分析滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最為廣泛的零件之一，同時也是機械設(shè)備中最易損壞的元件，當前旋轉(zhuǎn)機械的許多故障都與滾動軸承的故障有關(guān)。對滾動軸承的典型結(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產(chǎn)損失。機械工程學(xué)院滾動軸承的結(jié)構(gòu)與工作原理機械工程學(xué)院機構(gòu)示意圖滾動軸承失效形式分析主要故障及失效形式：機械工程學(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械工程學(xué)院機械工程學(xué)院滾動軸承振動機理與特征頻率分析機械工程學(xué)院滾動軸承振動原理圖滾動軸承特征頻率分析為分析軸承各部分的運動參數(shù)，做如下假設(shè)：(l)滾道與滾動體之間無相對滑動；(2)承受徑向、軸向載荷時各部分無變形；(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.機械工程學(xué)院滾動軸承的固有振動頻率分析機械工程學(xué)院滾動軸承套圈橫截面簡化圖與徑向彎曲振動振型示意圖滾動軸承故障振動特性分析振動信號特征磨損類故障滾動軸承內(nèi)圈出現(xiàn)嚴重磨損時，軸承運轉(zhuǎn)會出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，當軸旋轉(zhuǎn)時，軸承內(nèi)圈中心會繞外圈呈現(xiàn)中心擺動，此時的軸承振動頻率為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體損傷機械工程學(xué)院滾動軸承故障特征提取方法在機械設(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。實際工作中的機械設(shè)備上所采集到的振動信號，往往包含大量的噪聲信息，對于故障特征的提取造成干擾。機械工程學(xué)院小波分析小波分析通過伸縮平移運算對信號逐步進行多尺度的細化，最終達到高頻處時間細分、低頻處頻率細分的目的，能自適應(yīng)時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)。機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院僅從振動信號時域波形圖無法有效判斷軸承的故障種類，需要建立提取振動信號故障特征的方法和故障種類的識別模型。機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院信號提取處理去噪和降噪是機械振動研究領(lǐng)域的一項重要課題，現(xiàn)實情況下所采集到的振動信號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信號湮沒于強大的噪聲中，造成信息提取的困難，影響到后期故障診斷分析。因此，機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷過程中，一般要對測得的振動信號進行前期處理以濾除噪聲或降低噪聲的強度、減小其干擾，使信號盡可能接近目標監(jiān)測對象的真實振動，便于提取真實信號的特征值用于故障診斷。機械工程學(xué)院濾波器去噪小波分解降噪基本原理類似，均通過對噪聲進行抑制實現(xiàn)降噪目的機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院滾動軸承故障的頻譜和波形特征（1）徑向振動在軸承故障特征頻率及其低倍頻處有波峰，若有多個同類型故障（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）徑向診斷時域波形有垂直復(fù)沖擊跡象（有軸向負載時，軸向振動波形與徑向相同，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）。

機械工程學(xué)院滾動軸承的故障診斷方法滾動軸承的振動信號分析故障診斷方法分為簡易診斷和精密診斷兩種：簡易診斷：的目的是初步判斷被列為診斷對象的滾動軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡易診斷中被認為是出現(xiàn)故障軸承的故障類別及原因。由于滾動軸承自身的特點，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行處理；精密診斷：主要作用是理論研究和在特殊場合（例如無配件的情況下）判定設(shè)備能夠堅持運行的時間。提高設(shè)備的使用效率。所以一般情況我們采用軸承簡易診斷方法就可以滿足日常設(shè)備維護的需要。因此下面我重點介紹軸承的簡易診斷法。

機械工程學(xué)院應(yīng)用實例華錦集團公司采暖給水泵檢測報告

設(shè)備名稱：注水泵

設(shè)備編號：2#

測點名稱：泵B

采樣時間：2003\10\24\09:58:26

數(shù)據(jù)類型：加速度

頻譜圖：機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院診斷結(jié)論：

1、從時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。可判斷出該設(shè)備轉(zhuǎn)子組件可能松動或軸承間隙是否超差；需要進一步觀察。

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

1、確認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，表明故障嚴重。

2、確認內(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、確認滾動體故障特征頻率處不但有峰，還有邊頻，表明滾動體有故障。