基于RMS因子的滚动轴承故障声发射诊断研究.pdf

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1、672化工机械2016年基于RMS因子的滚动轴承故障声发射诊断研究+郭福平料(广东石油化工学院机电工程学院)摘要运用声发射检测技术对滚动轴承内圈故障、外圈故障和滚动体磨损故障展开试验研究。为了减少噪声干扰、突出故障特征、提高信噪比，应用能量因子方法对含噪声信号进行数据处理，找到不同缺陷形式下的故障特征。结果表明，RMS因子方法用于滚动轴承声发射信号特征提取是有效的。关键词滚动轴承声发射故障诊断RMS因子中图分类号TQ050．3文献标识码A文章编号0254-6094(2016)05-0672-04在国民经济领域各生产部门中，滚动轴承不仅是机械设备中最常见的零部件，而且是最重要的基础易损

2、件之一。其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴和安装在转轴上的其他零部件乃至整个机器设备的性能。与其他机械零部件相比，使用寿命的离散性大是滚动轴承的显著特点⋯。所以在工程实践中，有些轴承已超过其设计寿命仍能正常工作，而有些轴承远未达到设计寿命就出现各种故障旧J。因此，进行滚动轴承工作状态和故障的早期检测和故障诊断，对于机器安全平稳运行、保证装置长周期生产具有重要的意义‘3_81。声发射检测法能弥补目前常用的振动法在发现缺陷和受低频噪声干扰方面的不足。笔者应用声发射检测方法在不同转速下对外圈、内圈和滚动体上预加人工缺陷的滚动轴承进行数据采集，提取有效值(RootMeamSquare

3、，RMS)参数，再运用有效值电压因子(RootMeanSquareIndex，RM—SI)参数来判断轴承是否存在故障。1试验材料及设备此次滚动轴承故障诊断试验使用的是单列圆锥滚子轴承，用电火花加工方法在轴承内圈、外圈预加裂纹缺陷，滚子上预加磨损缺陷，如图1所示。试验时轴承安装在专门的组合式旋转机械试验平台上，测量不同转速下的声发射试验信号数据，得到试验结果。图1预加人工缺陷滚动轴承滚动轴承故障诊断试验的声发射试验装置主频传感器以及2／4／6前置放大器。声发射信号采要由试验台、电机、滚动轴承、控制柜及声发射数样使用北京伊麦特科技有限公司生产的EMT390据采集系统等组成，如图2所示。试

4、验选用美国数据采集器。试验所用30205轴承的滚动体数量物理声学公司(PAC)生产的PCI-2全数字式声发Z=17，滚子组节圆直径D。。=38．5mm，滚动体直射采集系统、共振频率约为0—1MHz的WD宽径D。=6．4mm，接触角0c=450。+广东高校省级重点平台和重大科研项目青年创新人才项目(650477)。·t郭福平，女，1981年9月生，讲师。广东省茂名市，525000。第43卷第5期化工机械673图2声发射试验装置2缺陷特征顿翠由于轴承损伤将以一定的轴承特征频率来“振响”声发射传感器，因此根据轴承产生缺陷元件的不同，滚动轴承的缺陷特征频率可用以下公式计算㈨：外圈故障z=手[

5、1+(老)c。sa]z(1)内圈故障正=季[1一(老)c。sn]f(2)滚动体故障兀=是[1_(去)2cos2aIf,(3)式中，——主轴旋转频率Z=n／60，n为主轴转速．r／min。3数据分析3．1信号有效值电压因子声发射理论体系中，计数法是处理声发射脉冲信号的常用方法，但样品几何形状、传感器特性及连接方式、门槛电压及放大器工作状况等对测量连续声发射信号影响很大。所以，早期声发射采用测量声发射信号的能量来对连续型信号进行分析。声发射信号的能量正比于声发射波形的面积，一般用均方根电压来进行声发射信号的能量测量，称为信号电压的有效值(RMS)或均方根值，单位为V。RMS与声发射信号源

6、所释放能量的大小有关，不受门槛影响，多用于旋转机械的连续型信号状态性能评价。信号的RMS值常反映全部信号或预定时间段信号的能量特征。当滚动轴承出现故障时，采集声发射信号的RMS值就会增加¨0’1¨。在滚动轴承早期故障阶段，微弱声发射产生的能量不足以改变整个测试长度内信号的RMS值，故RMS参数对滚动轴承早期故障检测的有效性不高。为解决RMS值分析局部连续信号的缺点，采用一种相对敏感，而且能有效检测滚动轴承早期故障信号特征的方法，即RMSI方法¨“。RMSI因子是一个统计参数，无量纲，其计算公式如下：RMSI=(、R嬲MS愀iaRMSI)“(4)=、嬲⋯。)“(4)式(4)定义了片选信

7、号的均方根值占全部信号均方根值的不同幂次的比值。比如一个足够稳定信号，不同片选信号的RMSI值均为1。而对于以瞬时高振幅出现的部分信号，RMSI值将高于1。RMSI值越高，表明特定的部分信号的能量越高。式(4)中需要确定两个参数：第1个参数是片选信号的长度，用m表示；第2个参数Ⅳ是部分与全部信号RMS值的比值的幂次。据不同数据信号，可将其长度分成不同长度的片段。比如，旋转机械运行时，信号长度与轴的旋转周期一致。可根据故障特征频率和采样率确定轴承故障信号的片