淺析滾動(dòng)軸承故障特征的提取技術(shù)

黎文爵（東莞市TR軸承有限公司,廣東 東莞 523000）

淺析滾動(dòng)軸承故障特征的提取技術(shù)

黎文爵
（東莞市TR軸承有限公司,廣東 東莞 523000）

在機(jī)械設(shè)備中滾動(dòng)軸承是非常關(guān)鍵的一個(gè)零部件，為了避免在生產(chǎn)過程中造成重大的事故，要對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行定期的修檢，一旦發(fā)生問題要及時(shí)做出處理。研究滾動(dòng)軸承的檢測和診斷技術(shù)，對(duì)機(jī)械的安全運(yùn)行具有重要的意義。本文就滾動(dòng)軸承的故障特征的提取技術(shù)做出簡要分析。

滾動(dòng)軸承；故障診斷；提取技術(shù)

滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中重要的零部件，同時(shí)也是最容易損壞的零部件之一，在使用滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，因?yàn)闈L動(dòng)軸承出現(xiàn)問題而產(chǎn)生的故障約占30%。滾動(dòng)軸承有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是壽命的離散性很大，即使是同樣的材料、同樣的加工工藝同一批工人生產(chǎn)出來的滾動(dòng)軸承壽命也是相差很大的。所以對(duì)滾動(dòng)軸承要定期進(jìn)行檢查，避免給整個(gè)機(jī)器帶來嚴(yán)重的事故。

1　滾動(dòng)軸承常見的故障

滾動(dòng)軸承通常會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)故障[1]：

（1）磨損。滾動(dòng)軸承最常見的故障就是磨損，造成磨損的原因有很多，比如磨料的存在、軸承內(nèi)進(jìn)入異物或者是沒有做好潤滑工作等，都會(huì)造成軸承滾道、保持架、滾動(dòng)體等發(fā)生磨損的現(xiàn)象。

（2）疲勞。滾動(dòng)體或者是滾道表面產(chǎn)生脫皮或者是剝落，就代表著滾動(dòng)軸承的疲勞。疲勞初期，只是在表面形成不規(guī)則的凹坑，然后逐漸延伸形成片。造成疲勞的主要原因是疲勞應(yīng)力。但有時(shí)候裝配不當(dāng)或者是潤滑不良也會(huì)引起剝落或者是脫皮現(xiàn)象。

（3）斷裂。引起斷裂的原因有很多，比如熱處理、負(fù)荷過大、轉(zhuǎn)速太高、潤滑不良等。

（4）腐蝕。腐蝕分化學(xué)腐蝕、點(diǎn)腐蝕、威震腐蝕等，主要的表象都是出現(xiàn)凹坑、麻點(diǎn)、紅色或者是黑色銹斑等。

（5）壓痕。由于過載、沖擊或者異物落入滾道就會(huì)使?jié)L道和滾動(dòng)體表面產(chǎn)生局部變形而出現(xiàn)凹坑，這就是壓痕。

（6）膠合。膠合就是滾道和滾動(dòng)體局部融合在一起現(xiàn)象，其主要原因是高速、高溫和潤滑不良。

2　軸承振動(dòng)信號(hào)的提取方法

2.1有效值和峰值判斷法

滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，其振動(dòng)的瞬時(shí)值會(huì)隨著時(shí)間的變化不斷地發(fā)生變化，有效值可以準(zhǔn)確地表現(xiàn)振動(dòng)變化的大小。所謂的有效值就是振動(dòng)幅值的均方根值，而且表示對(duì)時(shí)間的平均，所以當(dāng)出現(xiàn)表面皺裂、且振動(dòng)無規(guī)則的波形時(shí)，其測定值的變動(dòng)情況較小，此時(shí)給出的評(píng)價(jià)是十分可靠的[1]。峰值就是指示信號(hào)中可能出現(xiàn)的最大的瞬間值，可以用峰值來表現(xiàn)信號(hào)的強(qiáng)度，峰值還可以正確的得出瞬間現(xiàn)象的指示值。通過峰值的變化可以很容易的檢測出初期階段滾動(dòng)軸承的表面剝落現(xiàn)象。

2.2峰值指標(biāo)法

峰值與有效值的比就是峰值指標(biāo)。峰值在表現(xiàn)由傷痕引起的瞬時(shí)沖擊振動(dòng)時(shí)，比有效值更加可靠，所以峰值指標(biāo)法就是利用了峰值的這種特性，一般情況下，滾動(dòng)軸承狀態(tài)良好，此時(shí)峰值指標(biāo)是5，當(dāng)滾動(dòng)軸承發(fā)生狀況時(shí)，比如表面剝落或者是出現(xiàn)劃痕，峰值指標(biāo)會(huì)變成10，所以這種方法可以對(duì)滾動(dòng)軸承的故障很直觀的表現(xiàn)出來。不僅如此，峰值指標(biāo)受軸承尺寸的影響比較小。

2.3概率密度法原理

概率密度分析主要是對(duì)幅值概率密度函數(shù)進(jìn)行分析，可以對(duì)振動(dòng)的瞬時(shí)值進(jìn)行比較全面的描述，它的優(yōu)點(diǎn)是很突出的。不同的振動(dòng)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)不同的概率密度函數(shù)圖形，一般情況下，如果滾動(dòng)軸承沒有故障，振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)為正常狀態(tài)分布曲線，一旦滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障，那么曲線就會(huì)變得陡峭，通過曲線的變化，可以很直觀的識(shí)別振動(dòng)信號(hào)的變化。

2.4沖擊脈沖法

當(dāng)兩個(gè)不平的表面相互撞擊時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)沖擊波和沖擊脈沖[2]。通過沖擊脈沖可以很容易的表現(xiàn)出撞擊的程度，在檢查滾動(dòng)軸承故障的工作中可以對(duì)滾動(dòng)體和滾道的撞擊程度進(jìn)行檢測，通過兩者的沖擊脈沖就可以了解滾動(dòng)軸承是否發(fā)生故障。如果滾動(dòng)軸承發(fā)生故障，那么故障零件在工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械沖擊，沖擊脈沖力的變化幅度就會(huì)增大。

3　信號(hào)特征的頻域提取方法

3.1頻譜分析法

利用頻譜可以很快的診斷滾動(dòng)軸承是否發(fā)生故障。利用通用信號(hào)的幅值譜或者是功率譜對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行診斷，這就是頻譜分析。人們可以直接對(duì)正常工作狀態(tài)下的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征頻率進(jìn)行分析，把數(shù)據(jù)當(dāng)作比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，然后對(duì)疑似出現(xiàn)故障的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)特征頻率進(jìn)行分析，將兩者進(jìn)行比較，看滾動(dòng)軸承是否已經(jīng)出現(xiàn)故障。但是由于滾動(dòng)軸承的故障特征頻率較低，且常常會(huì)受到周圍環(huán)境中噪音的影響，可靠性較差，因此這種方法很少被采用。

3.2倒頻譜分析

對(duì)于復(fù)雜的振動(dòng)情況來說，僅僅觀察頻譜圖是沒有多大作用的，其諧波成分通常十分復(fù)雜和密集，頻譜圖并不能表現(xiàn)出太多的內(nèi)容。由于各零部件在力的相互作用下，可能會(huì)形成各自特有的通過頻率，這些頻率會(huì)出現(xiàn)相互疊加的情況，因此諧波成分往往很復(fù)雜，這時(shí)就可以用倒頻譜進(jìn)行辨認(rèn)。倒頻譜能正確的揭示普?qǐng)D中的周期分量，同時(shí)利用倒頻譜可以很容易的診斷出滾動(dòng)軸承的故障。

3.3循環(huán)平穩(wěn)分析

軸承故障信號(hào)是一種調(diào)制信號(hào)，其相關(guān)函數(shù)是一種周期函數(shù)，同時(shí)是一種特殊的信號(hào)，這種信號(hào)是非平穩(wěn)的，因此又叫做循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)[3]。一般情況下的信號(hào)處理方法都是以平穩(wěn)信號(hào)為假設(shè)的，這些方法不可能充分提取非平穩(wěn)信號(hào)的特征。循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性呈周期性，周期性是一切機(jī)械故障信號(hào)共有的特征，因此，循環(huán)統(tǒng)計(jì)理論近年來在故障診斷領(lǐng)域越來越受到重視。滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)其自相關(guān)函數(shù)是一種周期函數(shù)，因此可以利用循環(huán)域解調(diào)方法快速的分離出故障信息。

4　結(jié)束語

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)可以準(zhǔn)確地反應(yīng)出滾動(dòng)軸承的運(yùn)作狀態(tài)，通過分析滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)可以作為監(jiān)測和故障診斷的標(biāo)準(zhǔn)。滾動(dòng)軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是機(jī)械正常工作的重要保障，因此要加強(qiáng)滾動(dòng)軸承故障檢測工作，一旦發(fā)生故障，要做出及時(shí)的修理措施。

[1]王善鵬.基于流形學(xué)習(xí)的滾動(dòng)軸承故障特征提取方法研究[D].大連理工大學(xué),2013.

[2]李宗濤.基于同步平均和倒譜編輯的滾動(dòng)軸承故障信號(hào)提取技術(shù)研究[D].昆明理工大學(xué),2014.

[3]胡愛軍,馬萬里,唐貴基.基于集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和峭度準(zhǔn)則的滾動(dòng)軸承故障特征提取方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012(11):106-111+153.

黎文爵（1986-），男，廣東東莞人，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。