基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)(2)

来源：网络收集时间：2026-08-27

导读：本论文针对滚动轴承故障诊断领域比较流行的几种方法，如时域分析方法、时一频分析方法等，通过对工厂采集的现� ⒓扑慊抡婕笆笛樘ㄊ莸龋卸晕蘖扛僦副辍ⅲ牵遥牛牛魏副辍⒍淌备盗⒁侗浠弧⑿〔ū浠弧ⅲ祝

本论文针对滚动轴承故障诊断领域比较流行的几种方法，如时域分析方法、时一频分析方法等，通过对工厂采集的现场、计算机仿真及实验台数据等，集中对无量纲指标、ＧＲＥＥＮ函数指标、短时傅立叶变换、小波变换、Ｗｉｇｎｅｒ．Ｖｉｌｌｅ分布在故障诊断中的应用进行比较。在信号去噪方面的技术中，时域分析有其稳定、直观性，但很难应用到在线检测中去；而时一频分析在线检测以其快速，具有实效性的优势，深受工程人员推崇，但稳定性及可重复性则相对较差。但随着故障诊断技术的不断发展，终究可以找到一种既具实效性又有可靠性的检测方法，来方便工程人员使用。本文希望能通过研究，对各方法进行区别分析，以找出其实用特点及优势。

基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)

孔亚林：基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究

１故障诊断现状及技术简介

１．１旋转机械故障诊断技术的研究意义

设备故障诊断学是本世纪六七十年代产生并发展起来的一门综合性边缘学科，经过几十年的发展，理论研究取得了重大进展，按照所采用的技术手段可分为：振动分析法、声学分析法、红外分析法、润滑油分析法、计算机辅助诊断及专家系统等方法等１１】。按照诊断对象可分为：旋转机械故障诊断、往复机械故障诊断、机械零件故障诊断、工程结构故障诊断、液压设备故障诊断、电气设备故障诊断等。在这些众多诊断分支中，旋转机械故障诊断是一个极为重要和引人注目的分支。

旋转机械的种类繁多，如汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、航空动机、离心压缩机、烟机等机械设备，是电力、石油化工、冶金、机械、航空以及一些军事工业部门的关键设备。旋转机械长期处于高速运行状态（一般为每分钟３０００转以上甚至高达１００００转），而旋转机械的任何一个小小的故障，都可能引起连锁反应［２】。因此，旋转机械故障发生频率较高，并且在故障发生后往往造成巨大经济损失甚至灾难性后果。

１９８６年与１９８６年２月，我国先后于山西和陕西发生两起２０万千瓦电站机组由于运行失稳到机组烈振，轴系断裂，零件飞出毁坏厂房的恶性电站事故；１９８８年秦岭电厂５号机组主轴断裂，损失达亿元以上：１９７ｉ年美国３００ＭＷ发电机因振动而引起断轴毁机事件，１９７３年前西德６００９Ｗ发电机组联轴器变型事件。国外类似的事故自ｔ９７０年以来仅正式报道就达５０多起１３Ｊ。

据国内石化行业统计，１９７６至１９８５年期间，我国化肥五大机组由于事故停车造成的直接经济损失就高达四亿七千五百万元。旋转机械故障诊断技术的研究和应用能及早发现故障隐患，故障发生后也能及时准确判别故障发生的原因、部位、严重程度及其发展趋势，这对于避免巨额的经济损失和灾难性事故的发生有着重要意义。

综上所述，对旋转机械故障诊断技术进行探索与研究，对于保证这些机组长期、可靠、高效运行，从而保证企业的安全生产与提高经济效益具有重大的意义与实际应用价值。

１．２故障诊断的发展概况及现状

随着科学技术的不断发展，工业化程度的不断提高，机械设备精密程度、复杂程度及自动化程度等越来越高。高技术的采用对现代化设备，特别是航天、航海、核工业等部门对安全性、可靠性提出越来越高的要求。同时，现有大量生产设备老化，许多老设

基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)

大连理工大学硕士学位论文

备、老机组服役已接近其寿命期，进入“损耗故障期”，故障率增多，有的甚至超期服役，而全部更新经济负担很重。

此外，维修人员的高龄化和经验丰富的年轻维护人员的培养也是许多工业化国家所关心的问题。因此，早期那种依靠人体器官和简单工具进行机械设备监测与诊断的方法已经远远不适用了。融现代传感技术、信号分析与处理技术与微机技术为一体的机械设备诊断技术应运而生。

１．３滚动轴承故障诊断技术

滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通用机械部件，它们在旋转机械中起着关键的作用，旋转机械的故障３０％是由滚动轴承故障引起的ｆｓ１，其运行状态的正常与否直接影响整机的性能。由于滚动轴承具有有限寿命且容易发生疲劳破坏，轴承常因使用不当而比其它零件损伤得更频繁，据统计，仅有１０－２０％的轴承达到他们的设计寿命。

在机器状态监测中，对滚动轴承的状态监测也是最为关注的，滚动轴承的状态监测和故障诊断是一个不断研究的课题。对滚动轴承进行状态监测将给用户带来相当大的经济利益。对轴承的未来故障发展进行预测，从而可以做到根据实际情况进行维修，大大降低或完全消除意料不到的轴承故障，防止花费巨大的停工期，有可能制订恰当的备件定货周期和储备量，因而可以缩短维修时间和节省维修费用。

滚动轴承的故障诊断技术较多，主要有：振动诊断技术、铁谱诊断技术、声学诊断技术、温度诊断技术、油膜电阻诊断技术和光纤监测技术等［５１。以下对这些方法分别进行介绍。

１．３．１振动诊断技术

轴承元件的工作表面出现疲劳剥落、压痕或局部腐蚀时，轴承运行中会出现周期性的脉冲信号。这种周期性信号可由安装在轴承座上的传感器（速度型或加速度型）来接收，通过对振动信号的分析来诊断轴承的故障。这也是现今采用最为广泛的方法【１３】。１．３．２铁谱诊断技术

轴承磨损颗粒与其工作状况有密切的联系。将带有磨损颗粒的润滑油通过一强磁场，在强磁场的作用下，磨粒按一定的规律沉淀在铁谱片上，铁谱片可在铁谱显微镜上做定性观察或在定量仪器上测试，据此判断轴承的工作状况。铁谱诊断技术具有机器无需解体，投资低、效果好，能发现轴承的早期疲劳失效，可作磨损机理研究等特点。这种方法适合于用润滑油润滑的轴承的故障诊断，对用脂润滑轴承较困难。另外，这种方法易受其它非轴承损坏掉下的颗粒的影响。所以，这种方法具有很大的局限性。

基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)

孔亚林：基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究

１．３．３油膜电阻诊断技术

润滑良好的轴承，由于油膜的作用，内、外圈之间有很大的电阻。故通过测量轴承内、外圈之间的电阻，可对轴承的异常作出判断。其特点是对不同的工况条件可使用同一评判标准，适用于旋转轴外露的场合，对表面剥落、压痕、裂纹等异常的诊断效果比较差。

１．３．４温度诊断技术

轴承若产生某种异常，轴承的温度会发生变化。因此，根据温度的变化，可以对轴承故障进行诊断，但对异常判断的能力只能给予很低的评价。温度监测对轴承载荷、速度和润滑情况的变化反映比较敏感，尤其对润滑不良而引起的轴承过热现象很敏感。所以，用于这种场合比较有效。但是，当轴承出现诸如早期点蚀、剥落、轻微磨损等比较微小的故障时，温度监测基本上没有反映，只有当故障达到一定的严重程度时，用这种方法才能监测到。所以，温度监测不适用于点蚀、局部剥落等所谓的局部损伤类故障。

此外，新的监测技术不断出现并应用于滚动轴承的工况监测和诊断中，如声发射技术、光纤监测技术等等。但是由于种种原因和局限性，这些技术离真正普及应用于实际的滚动轴承诊断还有一段距离。

１．４滚动轴承故障振动检测

目前在滚动轴承故障的种种诊断方法中，从实用性的观点来看，没有比振动诊断更好的方法了。本文采用振动法，可以认为主要有以下五个原因：

（１）可以检出各 …… 此处隐藏：2541字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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