基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)(3)

频域分析方法可以对轴承早期故障进行精密诊断。直接对轴承信号进行频谱分析，结合频谱图的频率结构和特征频率的和频及差频分析，也可以判别出轴承的好坏。由于流体动力噪声机器旋转部件振动的干扰，适宜于简单机械的简单诊断。

共振解调法被认为是频域分析法中较为有效的一种方法，该方法以轴承系统的共振频率区为监测带，振动信号经放大、滤波和解调，获得脉动冲击的低频脉动信号，以此作为分析的依据。

时间一频率分析由于小波分析理论的推广应用，在滚动轴承故障诊断中也得到了一定运用。特别是近年来国内在理论研究、仿真计算和试验分析方面做了大量的工作。１．５本论文主要研究内容

在对旋转机械故障诊断过程中，多将目标检测对象直接定位于滚动轴承，有其合理性，前边已做解释。然而由此所带来的问题也显而易见。在故障信号提取过程中，背景噪声的影响是不能忽视的：在线诊断中，故障源所在环境存在大量干扰信号源，有些信号可以通过一定的方法加以区别剔除，而有些干扰和目标信号振动波形、甚至振动频率都极其相似。以齿轮变速箱为例，齿轮变速箱内存在大量干扰信号源，其中齿轮的转动频率和滚动滚动轴承的频率很接近。所以，根据某一方法单独进行检测来判断具体故障类型，往往容易产生很多疏漏。

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

滚动轴承故障诊断中同一征兆域很难区分多种故障，单一传感器对故障分类识别有不确定性。对滚动轴承的监测与诊断过程中，一般只对某一类信息进行多层次、多角度的诊断分析。由于所利用的信息类型单一，获取的信息量少，而且故障复杂多样，具有很强的不确定性，故在许多情况下得出的结论并不可靠。

一般情况下，系统的某一故障源可能具有多个故障表征，要进行准确可靠地故障诊断，必须具有足够的故障表征，只有清楚故障表征与故障源之间的映射关系，才能通过故障表征查找到故障源。

所以本文通过对大量现场实测数据进行分析，找到各种分析方法与具体故障的映射关系，以利于提高现场检测的针对性、实效性、准确性。

论文具体内容：

１．以滚动轴承结构和工作原理为基础，研究了滚动轴承外表面振动信号产生的机理，滚动轴承故障的形式，以及由于故障的不同引起的不同形式的振动，建立了各种损伤类故障振动的数学模型，说明了利用滚动轴承外部振动信号对其进行诊断的可行性。

２．通过时域分析方法，主要研究几个重要的时域参数指标，如峰值、均方根值、峭度指标、裕度指标、峰值指标、脉冲指标等的数学意义及工程解释，重点总结了无量纲参数指标用于故障诊断的判据，并成功应用ＮＴ棒材轧机和风机的轴承故障诊断中，取得了较好的效果。

３．通过各种时一频分析方法，对于机械振动信号中的非平稳信号采用时～频联合分析的方法进行特征提取。对短时傅立叶变换在轴承故障诊断的应用进行了研究。通过仿真试验和实际故障信号，比较短时傅立叶变换、小波变换、Ｗｉｇｎｅｒ—Ｖｉｌｌｅ分布对非平稳信号的敏感性。

４．通过具体信号和仿真实验，来分析各方法诊断故障优势及与故障部位之间的映射关系。

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

２旋转机械故障机理及振动信号

利用振动信号对旋转机械进行诊断，是对设备进行故障诊断的常用方法之一。旋转机械设备系统在运行过程中的振动特征信息常常反映系统的运行状态和变化规律。旋转机械的故障，往往在振动信号中得以识别。

２．１旋转机械故障的来源及主要原因型

（１）设计、制造不当引起故障：

１）设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动；

２）结构不合理，有应力集中；

３）工作转速接近或落入临界转速区；

４）运行点接近或落入运行非稳定区；

５）零部件加工制造不良，精度不够；

６）零件材质不良，强度不够，有制造缺陷；

７）转子动平衡不符合技术要求。

（２）安装维修不当引起故障：

１）机器安装不当，零部件错位，预负荷大；

２）轴承对中不良（对轴系热态对中考虑不够）；

３）机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相位位置）调整不当

４）管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度

５）转子长期放置不当，破坏了动平衡精度；

６）安装或维修过程破坏了机器原有的配合性质和精度。

（３）运行操作不当引起故障：

１）机器在非设计状态下运行（如超转速、超负荷或低负荷运行），改变了机器工

作特性：

２）润滑或冷却不良；

３）旋转体局部损坏或结垢；４）工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）不当，机器运行失稳；

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

５）启动、停机或升降速操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀，在临界区停留时间

长。

（４）机器劣化引起故障：

１）长期运行，转子挠度增大；

２）旋转体局部损坏，脱落或产生裂纹：

３）零、部件磨损、点蚀或腐蚀等；

４）配合受力劣化，产生过盈不足或松动等破坏了配合性质和精度；

５）机器基础沉降不均匀，机器壳体变形。

２．２滚动轴承故障机理

滚动轴承是旋转机械转子系统以及部分往复机械曲轴组件的重要支承部件１２Ｊ。其基本结构包括外圈、内圈、滚动体、保持架等元件，结构如图２．１所示。

１一外圈

３一内圈

图２．１滚动轴承结构２一滚动体４一保持架

Ｆｉｇ，２．１Ｃｏｎｆｉｇｕｍｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ

滚动轴承是机器上的易损件，许多故障是因轴承损坏引起的。严重的轴承故障会导致机器剧烈的振动和噪声，降低设备效率，甚至引起设备损坏。

在工作过程中，滚动轴承的振动通常分为两类：其一为与轴承的弹性有关的振动，其二为与轴承滚动表面的状况（波纹、伤痕等）有关的振动。前者与轴承的异常状态无关，而后者反映了轴承的损伤情况。

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

滚动轴承在运转时，滚动体在内、外圈之间滚动。如果滚动表面损伤，滚动体在损伤表面转动时，便产生一种交变的激振力。由于滚动表面的损伤形状是无规则的，所以激振力产生的振动，将是由多种频率成份组成的随机振动【¨】。从轴承滚动表面状况产生振动的机理可以看出，轴承滚动表面损伤的形态和轴的旋转速度，决定了激振力的频率；轴承和外壳，决定了激振系统的传递特性。因此，振动系统的最终振动频率，由上述二者共同决定。也就是说，轴承异常所引起的振动频率，由轴的旋转速度、损伤部分的形态及轴承与外壳振动系统的传递特性所决定。

通常，轴的旋转速度越高，损伤越严重，其振动的频率就越高；轴承的尺寸越小，其固有振动频率越高【ｌ３１。因此，轴承异常所产生的振动，对所有的轴承都没有一个共同的特定频率。目口使对一个特定的轴承，当产生异常时，也不会只发生单一频率的振动。２。３滚动轴承失效形式表现

根据振动信号的特征可以把滚动轴承在运行过程中出现的故障分为两大类：一类为损伤类故障，包括轴承元件表面点蚀、裂 …… 此处隐藏：2452字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……