基于Matlab的滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)課程設(shè)計(jì)含程序】

基于Matlab的滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)課程設(shè)計(jì)含程序】,基于,matlab,滾動(dòng)軸承,故障診斷,系統(tǒng),設(shè)計(jì),畢業(yè),課程設(shè)計(jì),程序 摘 要 - I - 摘 要 滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用部件，也是機(jī)械設(shè)備中的易損零件，許多機(jī)械的故障都與滾動(dòng)軸承的狀態(tài)有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，大約 30％的機(jī)械故障是由于滾動(dòng)軸承的損壞造成的?？梢?jiàn)，滾動(dòng)軸承的好壞對(duì)機(jī)械系統(tǒng)工作狀況的影響極大。由于設(shè)計(jì)不當(dāng)和安裝工藝不好或軸承的使用條件不佳，或突發(fā)載荷的影響，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，并且在繼續(xù)運(yùn)行中進(jìn)一步擴(kuò)大，使軸承運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化。因此，滾動(dòng)軸承的故障診斷一直是研究的熱點(diǎn)。 本文首先從理論上分析了滾動(dòng)軸承的失效形式、振動(dòng)機(jī)理、振 動(dòng)類型、及發(fā)生故障的原因、振動(dòng)頻率；然后在理論基礎(chǔ)上提出了滾動(dòng)軸承的時(shí)域、頻域的診斷方法；最后搭建了基于 滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)，并通過(guò) 真軸承故障信號(hào)，在軟件中進(jìn)行信號(hào)分析和處理，驗(yàn)證各種診斷方法的優(yōu)劣和滾動(dòng)軸承的故障特征。 本論文按照預(yù)定的要求完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，研究了滾動(dòng)軸承的故障診斷方法，完成了故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真驗(yàn)證了滾動(dòng)軸承的故障診斷方法。 關(guān)鍵詞： 滾動(dòng)軸承；故障診斷；時(shí)域分析；頻域分析； is of of of of A of is to of It is 0 of is by in It is of a on of of or a be So at of is a of in on of is of in of of We of 錄 - 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................ I ........................................................................................................................一章 緒論 .......................................................................................................... - 本課題研究的主要意義 .......................................................................... - 滾動(dòng)軸承故障診斷方法 .......................................................................... - 滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況 ...................................................... - 滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向 ...................................................... - 本課題主要研究?jī)?nèi)容 .............................................................................. - 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 ...................................................................... - 概述 .......................................................................................................... - 滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu) .............................................................................. - 滾動(dòng)軸承的主要失效形式及原因 .......................................................... - 滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù) .............................................................................. - 滾動(dòng)軸承的特征頻率 .............................................................................. - 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)特性 ............................................................................0 - 滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng) ..................................................................1 - 軸承構(gòu)造引起的振動(dòng) ..................................................................2 - 軸承裝配不正確、軸頸偏斜產(chǎn)生的振動(dòng) ..................................3 - 精加工波紋度引起的振動(dòng) ..........................................................3 - 滾動(dòng)軸承的故障引起振動(dòng) ..........................................................3 - 第三章 滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究 ................................................................6 - 概述 ........................................................................................................6 - 時(shí)域分析的特征參數(shù) ............................................................................6 - 頻域分析的特征參數(shù) ............................................................................8 - 第四章 軸承故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................................2 - 概述 ........................................................................................................2 - 件簡(jiǎn)介 ....................................................................................2 - 目 錄 - 滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ........................................................4 - 系統(tǒng)界面子系統(tǒng) ..........................................................................4 - 軸承特征頻率計(jì)算子系統(tǒng) ..........................................................5 - 數(shù)據(jù)加載子系統(tǒng) ..........................................................................6 - 信號(hào)模擬子系統(tǒng) ..........................................................................7 - 時(shí)域分析子系統(tǒng) ..........................................................................8 - 頻域分析子系統(tǒng) ..........................................................................1 - 打印子系統(tǒng) ..................................................................................2 - 第五章 軸承實(shí)測(cè)信號(hào)處理 ................................................................................3 - 概述 ........................................................................................................3 - 模擬合成信號(hào) ........................................................................................3 - 模擬合成信號(hào)分析 ................................................................................4 - 軸承實(shí)測(cè)信號(hào)分析 ................................................................................5 - 結(jié) 論 ....................................................................................................................8 - 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................9 - 致 謝 ....................................................................................................................1 - 附錄 A 頻域分析系統(tǒng)程序 ................................................................................2 - 第一章 緒論 - 1 - 第一章 緒論 本課題研究的主要意義 機(jī)械故障診斷技術(shù)是近 40 年來(lái)發(fā)展起來(lái)的識(shí)別機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)。它是適應(yīng)工程實(shí)際需要而形成的多學(xué)科交叉的綜合學(xué)科。它研 究的是機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映，它是由機(jī)器運(yùn)行中的物理現(xiàn)象（聲音、振動(dòng)、聲發(fā)射、熱現(xiàn)象等）出發(fā)來(lái)推斷機(jī)器內(nèi)含故障的技術(shù)，是一種典型的反向工程。從20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始，機(jī)械故障診斷技術(shù)隨著機(jī)器的不斷完善、復(fù)雜化和自動(dòng)化組建發(fā)展起來(lái)，并與當(dāng)代科技的前沿科學(xué)結(jié)合，取得了令人矚目的成績(jī)。 滾動(dòng)軸承是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用部件，也是機(jī)械設(shè)備中的易損零件，許多機(jī)械的故障都與滾動(dòng)軸承的狀態(tài)有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，大約 30％的機(jī)械故障是由于滾動(dòng)軸承的損壞造成的?？梢?jiàn)，滾動(dòng)軸承的好壞對(duì)機(jī)械系統(tǒng)工作狀況的影響極大。由于設(shè)計(jì)不當(dāng)和安裝工藝不好或軸承的使用條件不佳，或突發(fā)載荷的影響，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，并且在繼續(xù)運(yùn)行中進(jìn)一步擴(kuò)大，使軸承運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化。因此，滾動(dòng)軸承的故障診斷一直是研究的熱點(diǎn)。 而與其它零部件相比，滾動(dòng)軸承有一個(gè)很大的特點(diǎn)，這就是其壽命離散性很大。由于在材料、加工精度、熱處理及裝配質(zhì)量等各方面不可能完全相同，使得一批類型、尺寸相同的軸承，即使在相同條件下工作，各個(gè)軸承的壽命也是不同的，壽命最大相差可達(dá)幾十倍。由于軸承的這個(gè)特點(diǎn)，在實(shí)際使用中就出現(xiàn) 這種情況：有的軸承已大大超過(guò)設(shè)計(jì)壽命卻依然完好地工作；有的軸承遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就出現(xiàn)故障。所以，如果按照設(shè)計(jì)壽命對(duì)軸承進(jìn)行定時(shí)維修，則出現(xiàn)以下情形：一方面，對(duì)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命而完好工作的軸承拆下來(lái)作為報(bào)廢處理，造成浪費(fèi)；另一方面，未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命而出現(xiàn)故障的軸承堅(jiān)持到定時(shí)維修時(shí)拆下來(lái)報(bào)廢，使得機(jī)械在軸承出現(xiàn)故障后和拆下來(lái)這段時(shí)間內(nèi)工作精度下降，未到維修時(shí)間就出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械出現(xiàn)嚴(yán)重事故。由此看來(lái)，對(duì)重要用途的軸承來(lái)說(shuō)定時(shí)維修是很不科學(xué)的，要進(jìn)行工況監(jiān)測(cè)與故障診斷，改傳統(tǒng)的定期維修為預(yù)知性維修，這樣既能經(jīng)常保 持設(shè)備的完好狀態(tài)，又能充分利用軸承的使用壽命，從而延長(zhǎng)大修時(shí)間，縮短大修時(shí)間，減少故障停機(jī)損失。因此，滾動(dòng)軸承的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷引起國(guó)內(nèi)外許多科技人員的重視。 第一章 緒論 - 2 - 滾動(dòng)軸承故障診斷方法 滾動(dòng)軸承的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷就是通過(guò)對(duì)滾動(dòng)軸承在各種工況下表現(xiàn)出來(lái)的振動(dòng)、噪聲、溫度、工作參數(shù)、氣味、泄漏等信息的監(jiān)測(cè)和綜合分析來(lái)對(duì)其工作狀態(tài)、故障類型和故障嚴(yán)重程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程，主要包括檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)和預(yù)測(cè)評(píng)估技術(shù) 4 項(xiàng)基本技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)異常、診斷故障狀態(tài)和部位、分析故障類型 、提出診斷方案和診斷結(jié)論的目的。 目前，根據(jù)故障監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)機(jī)理的不同，滾動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)主要包括： 1. 振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù) 在各種軸承故障診斷方法中，振動(dòng)檢測(cè)是最常用的一種方法。軸承元件的工作表面出現(xiàn)疲勞剝落、壓痕或局部腐蝕時(shí)，軸承運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)周期性的脈沖信號(hào)。這種周期性信號(hào)可由安裝在軸承座上的傳感器 (速度型或加速度型 )來(lái)接收，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與診斷。 2. 噪聲信號(hào)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù) 這種方法是通過(guò)滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過(guò)程中的噪聲來(lái)判斷其故障。用噪聲法進(jìn)行軸承的故障檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是不 必接觸受測(cè)軸承就可得到檢測(cè)信號(hào)；其弊端就是很難從周圍環(huán)境的各種雜音中分離出軸承異常的聲音信號(hào)。所以，噪聲法一般很少被采用。但成功的例子也是有的，就是在方向性強(qiáng)的拋物線型音響器上安裝傳聲器，收集軸承發(fā)出的聲音信號(hào)，并用反向?yàn)V波器排除其它雜音，檢測(cè)出軸承異音。 3. 溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù) 通過(guò)安裝在軸承座 (或箱體 )處的溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度，判斷軸承工作是否正常。溫度監(jiān)測(cè)對(duì)軸承載荷、速度和潤(rùn)滑情況的變化反映比較敏感，尤其是對(duì)潤(rùn)滑不良而引起的軸承過(guò)熱現(xiàn)象很敏感。所以，由于這種場(chǎng)合比較有效。但是，當(dāng)軸承出現(xiàn)諸如早期點(diǎn)蝕、剝落 、輕微磨損等比較微小的故障時(shí)，溫度監(jiān)測(cè)基本上沒(méi)有反映，只是當(dāng)故障達(dá)到一定的嚴(yán)重程度時(shí)，用這種方法才能監(jiān)測(cè)到。所以，溫度監(jiān)測(cè)不適用于點(diǎn)蝕、局部剝落等所謂的局部損傷類故障。 4. 油樣分析監(jiān)測(cè)診斷技術(shù) 油樣分析法油樣分析法有光譜分析與鐵譜分析兩大類。軸承磨損顆粒與其工作狀況有密切的聯(lián)系。光譜分析方法有多種，但共同點(diǎn)是利用光譜分析，測(cè)定油液中所含各種金屬元素的成分和含量，以判斷含有被測(cè)元素的零部件的磨損狀況和程第一章 緒論 - 3 - 度。鐵譜分析方法是將帶有磨損顆粒的潤(rùn)滑油通過(guò)一強(qiáng)磁場(chǎng)，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，磨粒按一定的規(guī)律沉淀在鐵譜片上，鐵譜片 可在鐵譜顯微鏡上做定性觀察或在定量?jī)x器上測(cè)試，據(jù)此判斷軸承的工作狀況。 油樣分析法適合于用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的軸承的故障診斷，對(duì)使用脂潤(rùn)滑的軸承較困難。另外，這種方法易受其它非軸承損壞掉下的顆粒的影響；多用于離線監(jiān)測(cè)方式，這樣會(huì)導(dǎo)致一定信息丟失；信息量大且雜，即有圖像又有數(shù)字，依靠人力來(lái)管理是十分困難的。所以，這種方法具有很大的局限性。 5. 油膜電阻監(jiān)測(cè)診斷技術(shù) 潤(rùn)滑良好的軸承，由于油膜的作用，內(nèi)、外圈之間有很大的電阻。故通過(guò)測(cè)量軸承內(nèi)、外圈之間的電阻，可對(duì)軸承的異常作出判斷。其特點(diǎn)是對(duì)不同的工況條件可使用同一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) ，適用于旋轉(zhuǎn)軸外露的場(chǎng)合，對(duì)表面剝落、壓痕、裂紋等異常的診斷效果比較差。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新的監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷出現(xiàn)并應(yīng)用于滾動(dòng)軸承的工況監(jiān)測(cè)與診斷中，例 如： 聲發(fā)射技術(shù)、光纖技術(shù)等。但是由于種種原因和局限性，這些技術(shù)真正普及應(yīng)用于實(shí)際的滾動(dòng)軸承故障診斷還有一段距離。 滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況 滾動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)大概開(kāi)始于 20 世紀(jì) 60 年代。最原始的軸承故障診斷方法是將聽(tīng)音棒接觸軸承部位，依靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷有無(wú)故障。后來(lái)逐步采用各式測(cè)振儀器、儀表并利用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值來(lái)判斷 軸承有無(wú)故障。隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的深入研究，對(duì)于軸承振動(dòng)信號(hào)中頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關(guān)系有了比較清楚的了解，加之快速傅立葉變換 (術(shù)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了用頻域分析法來(lái)檢測(cè)和診斷軸承故障的有效途徑。在幾十年的發(fā)展時(shí)間里，各種方法與技巧不斷產(chǎn)生、發(fā)展和完善，應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，診斷的有效性不斷提高 動(dòng)軸承故障診斷的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 第一階段：利用低頻信號(hào)接收法診斷階段 20 世紀(jì) 60 年代中期，由于快速傅立葉變換 (術(shù)的出現(xiàn) (1965 年 )和發(fā)展，低頻信號(hào)接 收法得到了很大的發(fā)展。低頻信號(hào)接收法是將軸承上由傳感器檢測(cè)到的寬頻信號(hào)直接進(jìn)行頻譜分析，或者信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波，去除高頻成分后在作頻譜分析，從頻譜上觀察主要譜峰。如果某一譜峰對(duì)應(yīng)的頻率與理論計(jì)算軸承元件的間隔頻率相一致，則表示該元件上存在故障。這種方法對(duì)于低頻成分能量較大，外第一章 緒論 - 4 - 來(lái)干擾較小的信號(hào)，理論上說(shuō)應(yīng)該是可行的，但實(shí)際運(yùn)行中的軸承，因?yàn)楣收蠜_擊的能量很小，而軸承、齒輪的工藝誤差誘發(fā)的振動(dòng)能量比它要大得多。因此，直接利用低頻信號(hào)接收法得到的譜圖往往譜線密集，模糊不清，很難鑒別出故障信號(hào)。目前很少直接用這種方法 去識(shí)別軸承故障，有些僅是用這種頻譜來(lái)確定軸承元件的固有頻率。 第二階段：利用沖擊脈沖法診斷階段 在 60 年代末期，首先由瑞典 器公司開(kāi)發(fā)出沖擊脈沖計(jì)，根據(jù)沖擊脈沖的最大幅值來(lái)診斷軸承故障。滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，如果滾動(dòng)體接觸點(diǎn)進(jìn)入表面缺陷區(qū)（剝落、裂紋、凹坑和高低不平的粗糙區(qū)），就將發(fā)生低頻沖擊，并且以不連續(xù)的沖擊脈沖波形式傳遞到軸承座上。雖然沖擊脈沖波形很快被衰減下去，累積的能量很小。然而，在這個(gè)沖擊力作用下，軸承元件或結(jié)構(gòu)的某一部分可能被激發(fā)起它的固有頻率。盡管沖擊脈沖的重復(fù)頻率遠(yuǎn)低于軸承的固有頻率，但 只要這個(gè)沖擊產(chǎn)生的高階頻率落在軸承固有頻率的通帶內(nèi)，也會(huì)激起軸承系統(tǒng)的共振現(xiàn)象。共振的高頻波中包含了低頻沖擊和隨機(jī)干擾的幅值調(diào)制波，經(jīng)過(guò)窄帶濾波和包絡(luò)檢波后的信號(hào)幅值大小就反映了沖擊力的大小，也就反應(yīng)了滾動(dòng)軸承工作表面的故障狀況。 第三階段：利用共振解調(diào)法診斷階段 共振解調(diào)法也稱為包絡(luò)檢波頻譜分析法。 1974 年，美國(guó)波音公司的 明了一項(xiàng)叫做“共振解調(diào)分析系統(tǒng)”的專利，這就是我國(guó)現(xiàn)在統(tǒng)稱的“共振解調(diào)技術(shù)”的雛形。共振解調(diào)法與沖擊脈沖法的基本原理類似，但能做到更精確的診斷。沖擊脈沖法只能給出 軸承損傷程度的指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)并不能判斷軸承的損傷部位；而共振解調(diào)法不僅能判斷軸承的損傷程度，還可以通過(guò)頻譜分析指示出軸承的損傷部位。共振解調(diào)法也是利用軸承或檢波系統(tǒng)作為諧振體，把故障沖擊產(chǎn)生的高頻共振響應(yīng)波放大，通過(guò)包絡(luò)檢測(cè)方法變?yōu)榫哂泄收咸卣餍畔⒌牡皖l波形，然后采用頻譜分析法找出故障的特征頻率（間隔頻率），從而確定故障的類型以及故障發(fā)生在軸承的哪一元件上。 共振解調(diào)法適用于軸承故障的早期診斷。因?yàn)樵缙诠收戏浅］p微，它引起的沖擊脈沖強(qiáng)度非常小，所以其振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的故障特征很不明顯，用一般方法很難辨別出來(lái)。采 用共振解調(diào)技術(shù)由于放 大 (諧振 )和分離 (帶通濾波 )了故障特征信號(hào)，極大地提高了信噪比，所以能比較容易地診斷出故障來(lái)。 第四階段：開(kāi)發(fā)以微機(jī)為中心的滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)階段 第一章 緒論 - 5 - 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，隨著微機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，開(kāi)發(fā)以微機(jī)為中心的滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)引起了國(guó)內(nèi)外研究者的重視。微機(jī)信號(hào)分析和故障診斷系統(tǒng)不但具有靈活性高，適應(yīng)性強(qiáng)，易于維護(hù)和升級(jí)的特點(diǎn)，而且易于推廣和應(yīng)用。 滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向 近些年，故障診斷的新技術(shù)和新方法層出不窮，人工智能和計(jì)算機(jī)在軸承故障診斷中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，今 后的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下方面： 1. 時(shí)域分析和頻譜分析在軸承故障診斷中的應(yīng)用將日趨完善； 2. 對(duì)于軸承故障診斷的理論和方法進(jìn)一步深入研究，并且各種研究成果將會(huì)逐步應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)； 3. 故障診斷智能系統(tǒng)進(jìn)一步的深入研究，多種軸承故障分析方法相結(jié)合，如小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊識(shí)別與小波分析相結(jié)合等新分析方法應(yīng)用智能專家系統(tǒng)，提高診斷的效率和準(zhǔn)確率； 4. 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷將是現(xiàn)代故障診斷發(fā)展的一個(gè)重要的方向。 本課題主要研究?jī)?nèi)容 本文分析研究了滾動(dòng)軸承的常見(jiàn)失效形式及其特征，總結(jié)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理和 振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)，研究了滾動(dòng)軸承信號(hào)處理及故障診斷的方法，搭建了滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)，采用較為先進(jìn)、成熟的故障診斷方法，對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷。本文的主要內(nèi)容如下 : 第一章：緒論。簡(jiǎn)要介紹了本課題研究的意義、滾動(dòng)軸承故障診斷方法、滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)發(fā)展概況、發(fā)展方向。 第二章：滾動(dòng)軸承的故障特征分析。分析滾動(dòng)軸承的主要失效形式和原因，分析計(jì)算滾動(dòng)軸承的理論特征頻率和固有振動(dòng)頻率，研究滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)特征。 第三章：滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究。包括時(shí)域方法、頻域方法，對(duì)各種方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。 第四章：滾動(dòng)軸 承故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。在滾動(dòng)軸承故障診斷方法理論的基礎(chǔ)上搭建基于 滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。 第五章：滾動(dòng)軸承實(shí)測(cè)信號(hào)分析。通過(guò)對(duì)采集的滾動(dòng)軸承實(shí)測(cè)信號(hào)分析滾動(dòng)軸承實(shí)測(cè)信號(hào)分析，驗(yàn)證各種診斷方法的優(yōu)劣和滾動(dòng)軸承的故障特征。 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 6 - 外圈 滾動(dòng)體 保持架 內(nèi)圈 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 概述 滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的重要零件，它在各個(gè)機(jī)械部門中的應(yīng)用最為廣泛。它的運(yùn)行質(zhì)量直接影響整臺(tái)設(shè)備的工作性能（包括精度，可靠性，壽命等）。一般來(lái)說(shuō)對(duì)滾動(dòng)軸承采用以設(shè)計(jì)壽命為限的定時(shí)進(jìn)行維修。但是，如前文所述 這種維修制度會(huì)對(duì)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行帶來(lái)一定的影響。一方面，對(duì)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命而運(yùn)行完好的滾動(dòng)軸承拆下來(lái)作報(bào)廢處理，造成浪費(fèi)；另一方面，已處于失效狀態(tài)的軸承繼續(xù)使用會(huì)造成整機(jī)運(yùn)行性能的下降，甚至?xí)劤蓢?yán)重的事故。因此必須加強(qiáng)滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)工作，改傳統(tǒng)的定期維修為預(yù)知性維修，最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。 滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承是有內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架等元件組成。內(nèi)圈、外圈分別與軸頸及軸承座孔裝備在一起。在大多數(shù)情況下外圈不動(dòng)，而內(nèi)圈隨軸回轉(zhuǎn)。滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承的核心元件，它使 相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。滾動(dòng)體的形式有球形、圓形、錐柱形和鼓形等。滾動(dòng)體可在內(nèi)、外圈滾道上進(jìn)行滾動(dòng)。 圖 1 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)圖 of 二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 7 - 滾動(dòng)軸承的主要失效形式及原因 由于滾動(dòng)軸承的材料缺陷，加工或裝配不當(dāng)，潤(rùn)滑不良，水份和異物侵入，腐蝕以及過(guò)載等原因都可能導(dǎo)致早期損壞。當(dāng)然，即使在安裝、潤(rùn)滑和使用維護(hù)都正常的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí) 間的運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損等現(xiàn)象影響機(jī)器的正常工作。概括起來(lái)滾動(dòng)軸承的主要故障形式有 : 1. 塑性變形 軸承轉(zhuǎn)速 1 時(shí)，其損壞形式主要失效形式是塑性變形，這與接觸表面的最大擠壓應(yīng)力有關(guān)（如工作負(fù)荷過(guò)重，熱變形影響，過(guò)大的沖擊載荷等）。按彈性理論分析，接觸表面的最大擠壓應(yīng)力發(fā)生在受力最大的一個(gè)滾動(dòng)體與軸承內(nèi)圈的接觸點(diǎn)處，其損壞的特征是滾道上形成一個(gè)個(gè)小圓穴（凹痕），使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很大的振動(dòng)和噪聲。 2. 疲勞剝落 滾動(dòng)體在滾道上由于反復(fù)承受載荷，工作到一定時(shí) 間后，首先在接觸表面一定深度處形成裂紋（該處的切應(yīng)力最大），然后逐漸發(fā)展到接觸表面，使表層金屬呈片狀剝落下來(lái)，形成剝落凹坑，即形成疲勞剝落。疲勞剝落使軸承在工作時(shí)發(fā)生沖擊性振動(dòng)。在正常工作條件下，疲勞剝落是軸承的主要失效形式。 3. 磨損或擦傷 滾動(dòng)體與滾道之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及外界污物的侵入，是軸承工作表面產(chǎn)生磨損的直接原因。潤(rùn)滑不良，裝配不正確均會(huì)加劇磨損或擦傷。磨損量較大時(shí)，軸承游隙增大，不僅降低了軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，也會(huì)帶來(lái)機(jī)器的振動(dòng)和噪聲，對(duì)精密機(jī)械用的軸承，磨損量就成為決定軸承使用壽命的主要因素。 4. 銹蝕和電蝕 銹蝕是由于空氣中或外界的水分帶入軸承中，或者機(jī)器在腐蝕性介質(zhì)中工作，軸承密封不嚴(yán)，從而引起化學(xué)腐蝕。銹蝕產(chǎn)生的銹斑使軸承工作表面產(chǎn)生早期剝落，而端面生銹則會(huì)引起保持架磨損。電蝕主要是轉(zhuǎn)子帶電，在一定條件下，電流擊穿油膜產(chǎn)生電火花放電，使軸承工作表面形成密集的電流凹坑。 5. 斷裂 軸承零件的裂紋和斷裂是最危險(xiǎn)的一種失效形式，這主要是由于軸承超負(fù)荷運(yùn)行、金屬材料有缺陷和熱處理不良引起的。轉(zhuǎn)速越高，潤(rùn)滑不良，軸承在軸上壓配過(guò)盈量太大以及過(guò)大的熱應(yīng)力會(huì)引起裂紋和斷裂。 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 8 - 6. 膠合 膠合指滾道和滾動(dòng)體表面由于受熱而局部融合在 一起的現(xiàn)象。常發(fā)生在潤(rùn)滑不良、高速、重載、高溫、起動(dòng)加速度過(guò)大等情況下。由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面灼傷，或某處表面上的金屬粘附到另一表面上。 7. 保持架損壞 通常，由于裝配或使用不當(dāng)而引起保持架發(fā)生變形，從而就可能增加保持架與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死而不能滾動(dòng)，或者由于保持架與內(nèi)外滾道發(fā)生摩擦等均可能引發(fā)保持架損壞，導(dǎo)致振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱增加。 滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù) 圖 2 滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)尺寸圖 of 2示滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù)主要有： 軸承節(jié)圓直徑 D ：軸承滾動(dòng)體中心所在的圓的直徑， m ； 滾動(dòng)體直徑 d ：滾動(dòng)體的平均直徑， m ； 內(nèi)圈滾道半徑1r：內(nèi)圈滾道的平均半徑， m 外圈滾道半徑2r：外圈滾道的平均半徑， m ； 接觸角 ? ：滾動(dòng)體受力方向與內(nèi)外滾道垂直線的夾角， （°）； 滾動(dòng)體個(gè)數(shù) z ：滾珠或滾子的數(shù)目。 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 9 - 滾動(dòng)軸承的特征頻率 為分析滾動(dòng)軸承各元件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，先做如下假設(shè)： 1. 滾道與滾動(dòng)體之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)； 2. 承受徑向、軸向 載荷時(shí)各部分無(wú)變形； 3. 徑向、軸向游隙為零； 4. 內(nèi)圈滾道轉(zhuǎn)速頻率為 5. 外圈滾道轉(zhuǎn)速頻率為 6. 保持架轉(zhuǎn)速頻率（即滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率）為 如圖 2 所示，滾動(dòng)軸承工作時(shí)內(nèi)、外圈滾道上分別只有一接觸點(diǎn) A 和 B，則A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的圓周速度分別為 22 ?………………………………… (212 ?………………………………… (2式中 ev、 外圈、內(nèi)圈滾道接觸點(diǎn)處的圓周速度， 由圖 2 可以推導(dǎo)出 ? ??c o ? ? ??c o ? 又上面兩式得外圈、內(nèi)圈滾道上一點(diǎn)速度為 ? ??? c o ? …………………………… (2? ??? co ? …………………………… (2滾動(dòng)體圍繞軸承中心線的公轉(zhuǎn)線速度是 ? ? ??? 21 …………………………… (2由式（ 2（ 2（ 2保持架轉(zhuǎn)速頻率 ?????? ?????? ???????? ???? ?? c o o …… (2外圈相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率 ?????? ????? ?co ………………… (2第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 10 - 內(nèi)圈相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率 ?????? ????? ?co ………………… (2以固定在保持架上的動(dòng)坐標(biāo)系來(lái)看，滾動(dòng)體與外圈作純滾動(dòng)，它們之間的轉(zhuǎn)速頻率之比與直徑成反比，即 ?????? ????? ?? co 0 ………… (2由式（ 2（ 2滾動(dòng)體相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率（即滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)頻率） ???????? ????????? ?220 co ……………… (2絕大多數(shù)滾動(dòng)軸承在實(shí)際應(yīng)用中總是保持外圈靜止，內(nèi)圈與軸一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速頻率為 f 時(shí)，則 0? 所以，外圈相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率 ????? ?? ?co ………………… (2內(nèi)圈相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率 ????? ?? ?co ……………………… (2滾動(dòng)體相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)速頻率（即滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)頻率） c ???????? ???????? ?220 co ………………… (2保持架轉(zhuǎn)速頻率 c ?????? ?? ?co ……………………… (2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)特性 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)，原則上分為與軸承的彈性有關(guān)的振動(dòng)和與軸承滾動(dòng)表面狀況有關(guān)的振動(dòng)兩種類型。前者不論軸承正?；虍惓＃駝?dòng)都要發(fā)生，它雖與軸承異常無(wú)關(guān)，但卻決定了振動(dòng)系統(tǒng)的傳遞特性；后者則反映了軸承的損傷狀況。 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 11 - 滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng) 1. 套筒的固有振動(dòng) 套筒的固有振動(dòng)主要表現(xiàn)在外圈上，因?yàn)橐话爿S承中外圈與軸承殼體為動(dòng)配合，外圈在殼體內(nèi)可以自由活動(dòng)，因此軸承上收到任何沖擊性的激勵(lì)力，均可激起外圈產(chǎn)生固有頻率的振動(dòng)。內(nèi) 圈因?yàn)榕c軸為靜配合，固有振動(dòng)頻率較高，振動(dòng)相對(duì)要小。外圈徑向彎曲振動(dòng)的固有頻率可近似地按下式計(jì)算 ? ?2224121en I ????? ?………………… (2式中 E —— 材料的彈性模量， 鋼材為 210 I —— 套筒橫向截面的慣性 矩， 4m ； g —— 重力加速度， 2般取 ? —— 材料密度， 3kg m ，鋼材為 337 1 0 kg m? ； A —— 套筒橫向截面面積， A ， 2m ； h —— 套筒厚度， m ； b —— 套筒寬度， m ； 套筒中性軸直徑， m ； n —— 振動(dòng)階數(shù) [見(jiàn)圖 3 所示 ]。 圖 3 滾動(dòng)軸承徑向彎曲振動(dòng)振型示意圖 of of in ?n 3? 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 12 - 2. 滾動(dòng)體的固有振動(dòng) 有游隙的大型軸承，承受徑向負(fù)荷或作低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體從負(fù)荷區(qū)進(jìn)入非負(fù)荷區(qū)變成自由運(yùn)動(dòng)，因滾動(dòng)體自身的重力使其位置超前或滯后，將沖撞保持架和套筒，產(chǎn)生自由振 動(dòng)。鋼球振動(dòng)的固有頻率為： ?df ? ?……………………… (2式中 d —— 滾動(dòng)體直徑， m ； E 和 ? 的意義和單位與式 (2同。 軸承構(gòu)造引起的振動(dòng) 1. 滾動(dòng)體大小不均勻引起的振動(dòng) 滾動(dòng)體大小不均勻，不僅使大的滾動(dòng)體受到較大的 應(yīng)力，過(guò)早產(chǎn)生疲勞剝落，而且軸承在工作中容易發(fā)生顫振，使軸承游隙增大，運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，發(fā)出噪音。由于滾動(dòng)體大小不均勻，軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著大直徑滾動(dòng)體位置的變動(dòng)，內(nèi)圈中心將作周期性的甩轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸也跟著一起甩轉(zhuǎn)。這時(shí)在轉(zhuǎn)軸上的振動(dòng)頻率既有滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率有轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速頻率 f ，兩者的組合效應(yīng)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率為 （ n =1,2,3,?）。 2. 滾 動(dòng)體通過(guò)載荷方向產(chǎn)生的振動(dòng) 圖 4 滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體上的負(fù)荷變化 of on 軸承在外載荷作用下，載荷方向上的滾動(dòng)體受力最大，載荷相反方向上的滾動(dòng)體受力最小，其余滾動(dòng)體的受力大小依據(jù)其位置不同是不同的。如圖 4 所示，軸在第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 13 - 旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，最下面的滾動(dòng)體從載荷中心線下面向非載荷中心線位置滾動(dòng)，其接觸力由大變小，并且引起軸頸中心δ的位移。軸頸中心不僅上下方向的微動(dòng)，隨著滾動(dòng)體接觸位置的變動(dòng)，還有水平方向的微動(dòng)。因 此，只要軸在旋轉(zhuǎn)，每個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)載荷中心線時(shí)，就會(huì)發(fā)生一次力的變化，對(duì)軸頸或軸承座產(chǎn)生激勵(lì)作用，這個(gè)激勵(lì)頻率為 3. 內(nèi)、外圈偏心引起的振動(dòng) 內(nèi)、外圈偏心，一般是由于軸承游隙過(guò)大并伴有轉(zhuǎn)子的不平衡，或是加工后內(nèi)、外圈滾道本身存在偏心產(chǎn)生的。這樣會(huì)引起轉(zhuǎn)軸軸心的甩轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)頻率為軸的轉(zhuǎn)速頻率及其多倍頻成分 f 為軸轉(zhuǎn)速頻率， n =1， 2， 3，?）。 軸承裝配不正確、軸頸偏斜產(chǎn)生的振動(dòng) 如果軸承在軸上裝歪或者旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生了彎曲，軸在旋轉(zhuǎn)是相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的角度不對(duì)中現(xiàn)象，將表現(xiàn)出轉(zhuǎn)速頻率 f 為特征的振動(dòng)頻率。但在滾動(dòng)軸承中，由于軸的彎曲使軸承單側(cè)受力，因此這種故障的主要頻率為 。 精加工波紋度引起的振動(dòng) 軸承內(nèi)、外圈是經(jīng)過(guò)精加工的，雖然明顯的起伏波紋并不存在，但是一些微小的加工波紋也會(huì)引起軸承的振動(dòng)，波紋度是引起軸承振動(dòng)的主要原因之一。 振動(dòng)頻率與波紋數(shù) n 的關(guān)系和所處的位置有關(guān)。當(dāng)球軸承承受軸向載荷，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)、外圈靜止時(shí)，其溝道上的波紋峰數(shù)與外圈振動(dòng)頻率的關(guān)系見(jiàn)表 1 所示。 表 1 振動(dòng)頻率與波紋度的關(guān)系 of 承元件 波 紋 峰 數(shù) 振 動(dòng) 頻 率 徑向或角度方向 軸向 徑向或角度方向 軸向 內(nèi)圈滾道 1? 外圈滾道 1?滾動(dòng)體滾動(dòng)面 cc 0 注： n —— 正整數(shù)（ n =1， 2， 3，?）； 滾動(dòng)軸承的故障引起振動(dòng) 滾動(dòng)軸承可能由于潤(rùn)滑不良，載荷過(guò)大，材質(zhì)不良，軸承內(nèi)落入異物，銹蝕等原因引起軸承工作表面上的剝落、裂紋、壓痕、腐蝕凹坑和膠合等離散型缺陷或局第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 14 - 部損傷。當(dāng)滾動(dòng)體通過(guò)一個(gè)缺陷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微弱的沖擊脈沖信號(hào)。軸承內(nèi)產(chǎn)生的沖擊能量可激起軸承和軸承座各零部件以其固有頻率的振動(dòng)，振動(dòng)能量隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)的阻尼而衰減。因此，這種由局部 缺陷所產(chǎn)生的沖擊脈沖信號(hào)，其頻率成分不僅有反應(yīng)軸承故障特征的間隔頻率（即通過(guò)缺陷處的沖擊頻率），而且還包含有反應(yīng)軸承元件自振頻率的高頻成分。 當(dāng)軸承出現(xiàn)故障，滾動(dòng)體每次進(jìn)入故障接觸區(qū)時(shí)產(chǎn)生的沖擊信號(hào)波形，每個(gè)最高波峰之間的間距為故障間隔頻率的倒數(shù)，沖擊后產(chǎn)生的衰減振蕩波形中，相鄰兩峰的間距則是原件固有頻率的倒數(shù)。 表 2 所示，外圈固定，內(nèi)圈與軸一起旋轉(zhuǎn)的情況下，假設(shè)內(nèi)圈滾道、外圈滾道或滾動(dòng)體上有一處局部缺陷（剝落或裂紋），軸承所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)間隔頻率。 表 2 局部缺陷引起的沖擊振動(dòng)間隔頻率 by 陷 位 置 沖擊振動(dòng)發(fā)生的間隔頻率 /備 注 內(nèi)圈 i ?????? ?? ?co 滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈上一處 缺陷的頻率 外圈 e ?????? ?? ?co 滾動(dòng)體通過(guò)外圈上一處 缺陷的頻率 滾動(dòng)體沖擊單側(cè)滾道 ?????? ???????? ?2201 co 滾 動(dòng)體沖擊兩側(cè)滾道 ?????? ???????? ?2202 co 、外圈滾道的頻率 保持架與外圈摩擦 ????? ?? ?co ????? ?? ?co 某一點(diǎn)的頻率 注：對(duì)于止推軸承，可以看做 ??90? 的滾動(dòng)軸承，表中的沖擊振動(dòng)間隔頻率計(jì)算式仍然適用。 1. 軸承外圈缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 當(dāng)軸承外圈滾道上 有缺陷時(shí)，在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。因?yàn)橥馊潭ú粍?dòng)，各個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)缺陷區(qū)時(shí)具有相等的沖擊強(qiáng)度，因此每個(gè)脈沖幅值基本相等，不存在幅值調(diào)制的情況，此時(shí)的振動(dòng)頻率即為外圈間隔頻率 2. 軸承內(nèi)圈缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 第二章 滾動(dòng)軸承的故障特征分析 - 15 - 當(dāng)軸承內(nèi)圈滾道上有缺陷時(shí)，在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。因?yàn)閮?nèi)圈隨軸在一起轉(zhuǎn)動(dòng)，缺陷的位置也在轉(zhuǎn)動(dòng)，與滾動(dòng)體的接觸力則不相同，振動(dòng)的幅值大小會(huì)發(fā)生周期性的變化，形成了對(duì)內(nèi)圈間隔頻率以軸轉(zhuǎn)速頻 率 f 進(jìn)行幅值調(diào)制，這時(shí)的振動(dòng)頻率為 ；若以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率 (即保持架轉(zhuǎn)速頻率 )時(shí)的振動(dòng)頻率為ci 。 3. 軸承滾動(dòng)體缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 當(dāng)軸承滾動(dòng)體上有缺陷時(shí)，缺陷部位通過(guò)內(nèi)圈或外圈滾道表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，所產(chǎn)生的波形與內(nèi)圈上缺陷相類似。因?yàn)闈L動(dòng)體缺陷與滾道相接觸的位置在變動(dòng)，在各個(gè)位置上的接觸力不同，脈沖幅值也會(huì)出現(xiàn)周期性的 變化，發(fā)生對(duì)滾動(dòng)體間隔頻率0過(guò)此時(shí)是以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率時(shí)的振動(dòng)頻率為0。 4. 軸承外圈缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 當(dāng)軸承外圈滾道上有缺陷時(shí)，在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。因?yàn)橥馊潭ú粍?dòng)，各個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)缺陷區(qū)時(shí)具有相等的沖擊強(qiáng)度，因此每個(gè)脈沖幅值基本相等，不存在幅值調(diào)制的情況，此時(shí)的振動(dòng)頻率即為外圈間隔頻率 5. 軸 承內(nèi)圈缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 當(dāng)軸承內(nèi)圈滾道上有缺陷時(shí)，在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。因?yàn)閮?nèi)圈隨軸在一起轉(zhuǎn)動(dòng)，缺陷的位置也在轉(zhuǎn)動(dòng)，與滾動(dòng)體的接觸力則不相同，振動(dòng)的幅值大小會(huì)發(fā)生周期性的變化，形成了對(duì)內(nèi)圈間隔頻率以軸轉(zhuǎn)速頻率 f 進(jìn)行幅值調(diào)制，這時(shí)的振動(dòng)頻率為 ；若以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率 (即保持架轉(zhuǎn)速頻率 )時(shí) 的振動(dòng)頻率為ci 。 6. 軸承滾動(dòng)體缺陷產(chǎn)生的振動(dòng) 當(dāng)軸承滾動(dòng)體上有缺陷時(shí)，缺陷部位通過(guò)內(nèi)圈或外圈滾道表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，所產(chǎn)生的波形與內(nèi)圈上缺陷相類似。因?yàn)闈L動(dòng)體缺陷與滾道相接觸的位置在變動(dòng)，在各個(gè)位置上的接觸力不同，脈沖幅值也會(huì)出現(xiàn)周期性的變化，發(fā)生對(duì)滾動(dòng)體間隔頻率0過(guò)此時(shí)是以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率時(shí)的振動(dòng)頻率為0。 第三章 滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究 - 16 - 第三章 滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究 概述 軸承故障特征是對(duì)軸承故障各種特征表現(xiàn)的定性或定量描述，是軸承故障診斷的主要依據(jù)。滾動(dòng)軸承故障的特征提取是滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，能否有效的提取故障特征參數(shù)是能否正確診斷軸承故障的關(guān)鍵。常規(guī)的滾動(dòng)軸承特征提取方法分時(shí)域和頻域兩大類。 時(shí)域分析通常是最直觀的診斷方法，對(duì)于某些有明顯特征的故障，可以利用時(shí)域分析作初步和直觀的判斷。觀察時(shí)域波形，可以粗略地得到三方面的信號(hào)：信號(hào)頻率成分是否復(fù)雜；振動(dòng)信號(hào)幅值是否有變化；信號(hào)中有無(wú)明顯的沖擊和 調(diào)制成分。 頻域分析是目前故障診斷應(yīng)用最廣泛的一種信號(hào)分析方法，它可以分析信號(hào)能量和幅值隨頻率的分布，根據(jù)這些分布的情況，就可知道滾動(dòng)軸承哪一部分出現(xiàn)了故障。頻域分析又比時(shí)域波形分析更進(jìn)一步了，它可以分析信號(hào)中都存在哪些頻率成分，是否受了幅值調(diào)制或頻率調(diào)制等。 時(shí)域分析的特征參數(shù) 通常，我們所采集到的信號(hào)是離散的時(shí)序數(shù)據(jù)?i 1,2,? ,N ），因此在此只針對(duì)離散時(shí)序數(shù) 據(jù)的信號(hào)進(jìn)行討論。 1． 峰值 峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的診斷。特別對(duì)于早期軸承表面損傷，非常容易有峰值的變化檢測(cè)出來(lái)。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)速較低 (如 r 以下 )的情況，也常采用峰值進(jìn)行診斷。 ? ?iP xX ………………………………… (32． 均值 X 均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)較峰值穩(wěn)定 ，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況 (如 r 以上 )。 ??? Ni 1 ………………………………… (33． 標(biāo)準(zhǔn)差 ? 第三章 滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究 - 17 - 標(biāo)準(zhǔn)差表示隨機(jī)振動(dòng)圍繞均值“振蕩”的強(qiáng)度，因而它是描述隨機(jī)振動(dòng)的重要物理參數(shù)。 ? ????? Ni …………………