基于振动信号的滚动轴承故障诊断方法研究(2)(4)

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

２．４滚动轴承振动检测

滚动轴承产生的振动信号中，含有丰富的有用信息。利用振动信息对滚动轴承进行故障诊断是十分有效的。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，利用各种动态测试仪器分别拾取、记录和分析设备的振动信号是机型系统状态监测和故障诊断的重要手段。

２．４，１测定部位

测定部位选择的基本思路是选择在离轴承最近、最能反映轴承振动的位置上。一般讲，若轴承是外露的，测点位置可直接选在轴承座上：若轴承座是非外露的，测点应选择在轴承座刚性较好的部分或基础上。同时，应在测点处做好标记，以保证不会由于测点部位的不同而导致测量值的差异。

由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特性，因此一般情况下应按图２．４所示那样在水平（ｘ）、垂直（Ｙ）和轴向（ｚ）三个方向进行检测。

图２．４滚动轴承振动的检测

Ｆｉｇ．２．４Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ

２．４．２测定参数

根据滚动轴承的固有特性、制造条件、使用情况的不同，它所引起的振动可能是频率为一千赫以下的低频振动，也可能是频率为一千赫以上，数千赫乃至数十千赫的高频

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大连理工大学硕士学位论文

振动，更多的情况是同时包含了上述两种振动成分。因此，通常检测韵振动速度和加速度分别覆盖了上述的两个频带，必要时可用滤波器取出需要的频率成分。如果是较宽的频带上检测振动级，则对于要求低频振动的轴承检测振动速度，而对于要求高频振动的轴承检测振动加速度。

２．４．３测定周期

滚动轴承的振动检测可分为定期监测和连续在线监测两种。

对于定期检测，为了早期发现轴承故障，以免故障迅速发展到严重的程度，检测的周期应尽可能短一些。但如果检测周期定得过短，则在经济上可能是不合理的。因此，应综合考虑技术上得需要和经济上的合理性来确定合理得检测周期。

连续在线监测主要适用于重要场合或由于工况恶劣不易靠近滚动轴承得场合，以及滚动轴承加速劣化的阶段，相应的监测仪器要复杂，成本也要高些。

２．５滚动轴承振动类型

滚动轴承的振动，原则上分为与轴承的弹性有关的振动和与轴承滚动表面状况有关的振动两种类型。前者不论轴承正常或异常，振动都要发生，它虽与轴承异常无关，但却决定了振动系统的传递特性；后者则反映了轴承的损伤状况。本节分别对滚动轴承的各种振动进一步进行讨论。

２．５．１滚动轴承的固有振动

轴承工作时，滚动体与内圈或外圈之间可能产生冲击，而诱发轴承元件的振动。这种振动是一种受迫振动，当振动频率与轴承元件固有频率相等时振动加剧。固有频率仅取决于元件本身的材料，形状和质量，与转轴转速无关。

钢球的固有频率计算公式为

．兀。：型，／三，如２——１ｆ＿７（２．１）ｔｚ ｌｊＶ２尸

式（２．１）中，ｒ为钢球的半径（ｍ），ｏ为材料密度（培／脚３），Ｅ为钢球的弹性模量（Ｎ／ｍ２）。

内外圈的固有频率计算公式为

ｆ（ｉ，ｏ），，＝９．４０ｘｔｏｓｘＲ＝屈等泣。，

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至！垩整！墨堕垫堡兰丝壅垫塑墨垫堕鲨堑塑窒

式（２．２）中，Ｒ为圆环回转轴到中性轴的半径＠），０—１）为固有频率的阶数，ｎ＝２，３，４，…，，为圆环截面绕中性轴的惯性矩∽４），Ｍ为圆环单位长度内的质量（堙／聊）。２．５．２承载状态下滚动轴承的振动

２．５．２．２滚动体公转产生的振动

滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载滚子数目不同（图２．５），因而承载刚度有变化，引起轴心起伏波动旧。这种振动称为滚动体的传输振动。其振动主要频率成份为丘ｚ。其中Ｚ为滚动体数目，正为滚动体公转频率。五＝冬（１一茜ｃｏｓ口），这里ｆ为轴的旋转频率。

图２．５承载滚动体数目不同

Ｆｉｇ．２ｔ５Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｏｆｂａｌｌｂｅａｒｓｔｈｅｗｅｉｇｈｔ

滚动轴承是靠滚道与滚动体的弹性接触来承受载荷的，具有弹簧的性质。当轴承的

图２．６非线性弹簧特性

Ｆｉｇ．２．６Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｐｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ２．５．２．２轴承刚度非线性引起的振动润滑状态不良时，就会呈现非线性弹簧的特性。