轴承特征信号提取.ppt

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1、基于时域分析的滚动轴承特征提取机械工程郑佳文滚动轴承故障信号大部分属于周期性函数，信号的简谐性、周期性和瞬时脉冲性会比较明显，可以通过分析故障信号的时域波形曲线从而了解轴承的性能。滚动轴承的时域指标通过反应信号波动曲线特征指标的特定参数实现评估故障信号的变化。常用的时域指标参数有两类：包括有量纲参数和无量纲参数。量纲名定义式含义平均值平均值是指信号波形曲线幅值的平均值，表示幅值变化过程的中心趋势，可以用于描述信号的稳定性，反应的是信号变化的静态分量。均方值用于故障信号的平均能量或者平均功率。如果信号为速度时，均方值能够描述信号的振动能量；

2、如果信号为位移时，描述的是信号的位能；如果信号为加速度时，描述的是惯性力的大小。均方根值均方根值可用于表示信号的振动能量，对早期故障不是十分敏感，但其稳定性和重复性相对比较好。方均根值方差标准差方差和标准差用于表示信号的波动分量峰值峰值指的是故障信号波形幅值的瞬时单峰最大值。有量纲参数量纲名定义式含义波形指标表示绝对值的平均值。波形指标的稳定性好，但其敏感性差峰值指标峭度、脉冲和裕度这三类指标能够有效对冲击类故障进行诊断，尤其是当早期故障存在时，这三类指标的值明显变大，随故障的逐渐变化，这些值增加到某一数值后反而出现下降的趋势，说明它们对

3、于早期故障是比较敏感的，但稳定性不是很好。一般情况下，均方根值的稳定性比较好，但对早期故障信号不是很敏感。为了获得良好的效果，把它们同时应用于实际工程中，以兼顾稳定性和敏感性。脉冲指标裕度指标峭度指标无量纲参数基于时域分析的轴承特征提取方法滚动轴承故障模拟试验平台故障模拟A、滚动轴承故障模拟：通过将正常的轴承换成有损坏的轴承。可模拟的轴承故障有：轴承内圈损坏、外圈损坏、滚动体损坏，轴承安装不佳，轴承座和轴承之间出现松动等。B、齿轮故障模拟：通过将正常的齿轮换成有缺陷的齿轮，能够模拟的齿轮故障有：实验室加工的齿轮故障有：断齿、划痕、磨损。C

4、、轴系故障模拟：利用调整旋转圆盘上的平衡重量，可以模拟轴不平衡的缺陷包括单面、双面、叶轮不平衡等，模拟轴安装不对中缺陷是由调整轴座底盘的安装位置引起的。d、在不同速度条件下的可变速模拟故障特征，变速范围是75~1450RPM。变速驱动电机、轴、齿轮箱、轴承、偏重转盘（2个）、调速器等组成了故障模拟平台。通过改变重量，改变部分的安装位置以及各种组件的组合形式迅速模拟各种故障。被测部件也包括在系统的机械部分，主要有缺陷的轴承（外圈缺陷、内圈缺陷、滚动体缺陷）；三个备用齿轮；旋转圆盘的配重块等。基于有量纲参数的特征提取滚动轴承型号：N205，参

5、数如下表：滚动体直径轴承节径滚动体个数接触角d=7.5mmD=39mmZ=12接触角α=0°设置工作轴的转速N=1200rpm，采样频率f=10000Hz，采样长度8192四种故障类型的均值稳定但没有区分度，内圈故障和滚珠故障的均方值、方差、标准差比正常轴承要大一些，且稳定一些。峰值和最小值对瞬时现象能够得出正确的指示值。基于无量纲参数的特征提取可以得出外圈故障信号的峰值指标、脉冲指标、裕度指标和正常信号相比都偏小，可以作为外圈故障的无量纲参数特征；内圈故障信号和滚动体故障信号的波形指标、峭度指标比正常信号的参数值都要大，同时内圈故障的各

6、个参数值都小于滚动体故障信号，因此，这些参数可以作为内圈故障和滚动体故障的故障特征。无量纲参数是两个具有相同量纲的量的比值，比较稳定，可以作为轴承故障的特征并进行故障特征提取。基于希尔伯特解调的滚动轴承特征提取滚动轴承的特征频率滚动轴承的固有振动频率（1）滚珠钢球的固有频率为：当滚动轴承为钢材时，其内圈和外圈的固有振动频率在自由状态下轴承套圈的径向弯曲振动的固有频率为：滚动轴承的故障特征频率为分析轴承各部分工作参数，先做下面的假设：（1）滚道与滚动体间没有相对滑动；（2）承受轴向、径向载荷时每个部分没有变形；（3）内圈回转频率为fi；（4

7、）外圈回转频率为fo；（5）保持架回转频率为（即滚动体公转频率为fc）。则滚动轴承运动时各点的转动速度为：内滚道上一点的速度为外滚道上一点的速度为：保持架上一点速度为：可得保持架的旋转频率为：某个滚动体在内滚道上的通过频率，即为保持架相对内圈的回转频率为：依据滚动轴承实际的工作情况，定义滚动轴承内圈和外圈的相对转动频率为为了分析轴承各部分的工作参数，假设滚动轴承内圈转动，外圈不动，内圈旋转的速度和轴的旋转速度一样，滚动体和内圈、外圈之间没有摩擦。同时滚动轴承有Z个滚动体，则滚动轴承故障特征频率理论计算公式为：滚动体在外圈滚道上的通过频率o

8、cZf为：滚动体在内圈滚道上的通过频率为：滚动体在保持架上的通过频率为：保持架旋转频率为：采用前面的实验平台及轴承。其中实验平台的主轴转速N=1200r/min，轴旋转频率为fi=20Hz，将