基于虚拟仪器和冲击脉冲法的滚动轴承故障诊断系统设计

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1、万方数据38机械传动2009正文章编号：1004—2539(2009102一G038—04基于虚拟仪器和冲击脉冲法的滚动轴承故障诊断系统设计(剿E电力大学机械工程系，河北保定071003)万书亭娄源元赵秀芳摘要通过分析现有滚动轴承故障诊断方法和诊断仪器特点，提出了基于虚拟仪器和冲击脉冲法的滚动轴承故障诊断系统设计方法。首先分析了冲击脉冲的原理和实现方法；然后利用LabVIEW虚拟仪器编程语言，研制开发了相应的滚动轴承故障诊断仪；最后在ADBE一56一N4型交流电机上实测了6305型滚动轴承故障模拟信号。结果表明该方法有效地提取了故障特征和诊断轴承故障，并且可

2、以较好地解决硬件分析成本较高、体积较大等不足，在实际应用中会有很好的前景。关键词滚动轴承故障诊断冲击脉冲虚拟仪器LabVIEW0引言滚动轴承是旋转机械中应用最广的机械零件，也是最易损坏的元件之一。旋转机械的许多故障都与轴承有关，其缺陷会导致设备产生异常振动和噪声，甚至造成设备损坏，影响到生产的连续性。因此，滚动轴承的工况监视与故障诊断引起了国内外许多科技人员的重视⋯。在众多的故障诊断技术中，利用振动信号的诊断方法是最为有效的方法之一。传统的振动分析技术是直接对振动信号作FFr分析，得到“振动频谱”。该频谱中含有：机器转子不平衡、支承对中不良等因素引起的低频振

3、动的多阶频谱、轴承故障损伤引起冲击的若干阶频谱等。在该谱中，轴承故障冲击的谱线实际上是看不到的。因此，企图从中发现轴承的故障是不可能的。冲击脉冲法(英文称SPM，即ShockPulseMethod)，是专门用于滚动轴承多种失效诊断的一套系统监测方法，在滚动轴承失效诊断中得到了广泛的应用。1冲击脉冲原理振动和冲击虽是常见的物理现象，却又难于建立将它们区分开来的定义概念。在转动机械及其轴承故障诊断领域所论的振动，通常是指周期振动，即与机器转动有关的、周而复始的、其频谱相对于引起该现象周期作用力之重复频率仅数倍以内的运动，而冲击则是相对于引起该现象周期作用力的重复

4、频率有几乎无限丰富的高阶频谱的特殊振动。振动主要是由连续的不平衡作用力引起的，而冲击则主要由不连续的冲击力所致的碰撞引起。审匝羔二．盐心矿僻蛔础雌Ff=§叫怔守图2冲击和振动的形成过程尽管冲击的基本重复频率也与振动的重复频率相同或相近，但是，初期故障引起的冲击的量值常常远小星齿轮机构良好的整体性能。实践证明，这种以试验设计为基础的双响应面方法是一种实用的稳健优化方法。参考文献[1]董恩国．张蕾，申焱华．基于二阶响应面模型的前轮定位参数设计研究[J]．汽车技术．2007，(11)：32—36．【2JDIN(；LINDKJ，WEID．Dual—m叩咖№Ⅲrfae

5、eoptimization：Aweight·edMSEaiopmaeh[J]．QualityEngineering。2004，16(3)：3l一39．【3JLiuYuqiang．CarlZhemhan．ZlumgD0嚼m．SixSigmaOptimiz幽insheetMetalFormingbasedOnDualR鹤瞅SurfaceModel[J]．ChineseJournal0fMedumlcalEllgin∞血唔，2006．19(2)：251—255．[4]刘惟信．机械最优化设计[M]．北京：清华大学出版社．1995．[5]李玉强，崔振山．陈军，等．基于

6、双响应面模型的6d稳健设计[J]．机械强度．瑚6，28(5)：690—694．[6]刘英，王风歧．产品稳健设计响应面模型法的试验设计[J]．机械设计与制造．2005(7)：34—36．收稿日期：213(180707基金项目：天津市高校科技发展基金资助项目(No．213071122)作者简介：董恩国(1973一)，男，辽宁盖州市人，硕士，讲师万方数据第33卷第2期基于虚拟仪器和冲击脉冲法的滚动轴承故障诊断系统设计于振动值。这是因为振动表现为上述的持久过程，能量是持续释放的，积累量值较大，而冲击则是异常短暂的过程，峰值能量也许较大，但积累能量甚微。共振，同样是人

7、们司空见惯的物理现象：如果外力的激励频率与物体的固有频率相同，则将激起物体产生很大的振动。如果物体的阻尼很小的话，振动将趋于无穷大。但是，上面的论述，仅仅描述了共振的一个方面。值得注意的另一种共振现象是，任何～个谐振系统，不管激励它的外部作用的莺复频率如何不同于其固有频率，只要外作用力的高阶频谱落在以固有频率为中心的一个通带内，也将激起该系统的共振现象发生。我们可以应用共振的这一独有特征，来提取深埋于正常振动信息中的轴承故障冲击的信息。由于正常的振动中不含高频的分量，而轴承等故障冲击中则含有，因此，可设一个高频、正常振动频率所不达的谐振系统，剔除正常振动，响

8、应冲击激励，实现冲击信息的提取[2l。由此得出冲击脉