簡述滾動軸承故障特征信息提取與相關(guān)方法的應(yīng)用

【摘要】本文根據(jù)滾動軸承故障的產(chǎn)生原因進行了一系列的分析和研究，提出了滾動軸承故障特征信息的提取方法。研究表明，滾動軸承故障會導(dǎo)致軸承座或其他部件的共振現(xiàn)象，在對軸承振動信號進行了科學(xué)的FFT分析之后，完全可以自動的提取對于滾動軸承的故障特征信息。通過對滾動軸承的振動信號加以分析之后，我們可以方便快捷的檢查和診斷出滾動軸承是否存在故障問題。

【關(guān)鍵詞】滾動軸承；故障；提取

一、引言

滾動軸承由于其自身的良好特點在旋轉(zhuǎn)機械當(dāng)中的應(yīng)用非常普遍，但滾動軸承有時會產(chǎn)生一定的故障，會對整個機械的正常運行造成影響，所以我們應(yīng)當(dāng)通過一定的技術(shù)手段及時的發(fā)現(xiàn)和處理滾動軸承的故障。振動診斷法可以有效的檢測出滾動軸承的運行狀況，使得對滾動軸承的故障檢測更加簡單方便。小波包分析法也是一個新興的強大分析方法，它的優(yōu)點是可以同步的分析振動信號的時域和頻域信息。本文對如如何及時的發(fā)現(xiàn)滾動軸承的故障，保障機械的正常運行提出一些切實可行的診斷方法以供參考。

二、滾動軸承故障特征

對于滾動軸承，當(dāng)軸承的滾子、內(nèi)圈、外圈存在局部不規(guī)則損傷，如剝落、點蝕、裂紋等時，在軸承運轉(zhuǎn)過程中，軸承的其他零件必然會間斷地撞擊故障部位，產(chǎn)生沖擊，從而激起軸承座或其他機械零部件產(chǎn)生共振，形成一系列沖擊振動。實測的軸承振動信號中，除了損傷引起的沖擊振動，還包含大量的其他振動信號。對于僅有早期故障的軸承，由損傷引起的沖擊信號極其微弱，被正常的振動信號所淹沒，直接對振動信號作頻譜分析根本無法檢測出來。振動信號頻譜還具有兩個明顯的特點，一個是就留存了所有強烈沖擊之后的頻率成分；另一個是在譜圖當(dāng)中清晰的顯示了高頻的共振峰群，因為軸承座與其它的機械零件同樣有著相當(dāng)高的固有頻率，所以共振反應(yīng)的圖譜峰群都將會顯現(xiàn)到高頻區(qū)域。一般情況下，振動信號里面都不含有高頻成分，那么沖擊產(chǎn)生的高頻固有振動會受到正常振動信號對其造成的干擾較小。所以對沖擊產(chǎn)生的高頻固有振動分析之后，將會是對故障特征信息進行提取的一種非常方便的有效手段。

三、包絡(luò)檢測原理

包絡(luò)檢測利用共振的特性來提取埋藏于正常振動信號中的故障沖擊信息。如上所述，由于正常振動信號不含高頻分量，而滾動軸承故障沖擊中則含有。因此，可利用一個高頻的、正常振動信號的頻率達(dá)不到的諧振系統(tǒng)，剔除正常振動信號、響應(yīng)沖擊激勵，實現(xiàn)沖擊信息的提取。為此通常把傳感器拾取的信號放大，然后經(jīng)過中心頻率等于壓電加速度計諧振頻率的帶通濾波器濾波，再經(jīng)包絡(luò)檢波器的檢波，就得到與故障沖擊發(fā)生頻率相同的低頻信號，對此信號進行頻譜分析，可以很容易診斷軸承故障發(fā)生的部位，這就是包絡(luò)檢測的基本原理。

四、小波包算法

小波包分析為信號提供了一種非常精細(xì)的分析方法。它可以對頻帶以內(nèi)的全部信號正交分解，在分析了信號特點之后，可以自動的選取配套的頻帶，并且會起到提高時頻分辨率的效果，所以小波包分析法的應(yīng)用非常方便有效，而且將會越來越廣泛。小波包分析法的顯著優(yōu)點就是可以靈活提取全部頻段或者部分頻段的信息內(nèi)容，清除不需要的其它頻段信息并重構(gòu)提取信號，所以分解過程中只要做到有用信號與干擾信號分開并分解到不同頻段就可以。所以小波包的重構(gòu)能力以及抗干擾非常強，會有效提取有用信號，頻率漂移對它的影響都非常有限。所以我們可以使用小波包分析法來提取滾動軸承的高頻共振來分析故障是否產(chǎn)生。

五、滾動軸承故障特征信息的提取

振動加速度傳感器測量的軸承信號經(jīng)過前置信號調(diào)理器預(yù)處理后直接送入計算機進行A/D轉(zhuǎn)換。計算機對A/D信號的處理過程需要進行小波包分解和FFT分析，這種手段方便簡單，完全可以達(dá)到對軸承高頻共振頻帶自動識別的效果。計算機分析高頻的共振頻帶之后，分解采樣信號便可以自動提取共振頻帶系數(shù)，之后進行一系列的重構(gòu)，便提取到了高頻共振頻帶信號。經(jīng)過對共振頻帶信號的FFT分析以及包絡(luò)檢測之后，我們可以及時準(zhǔn)確的診斷出滾動軸承的故障。

1、一般的軸承壓電加速度計系統(tǒng)所具有的高頻共振頻帶是不變的。通常情況下，可以將壓電加速度計以螺紋連接的方法安裝到軸承座或者箱體，這樣一來加速度計自身頻率會達(dá)到12千赫茲以上，這種頻率的振動已經(jīng)不含有低頻振動了。實驗顯示，一般軸承振動信號在產(chǎn)生了多個共振譜峰的時候，使用高共振頻率的壓電加速度計來進行帶通濾波調(diào)解，可以及時的診斷出軸承故障。完全可以使用計算機軟件識別軸承振動信號頻譜圖當(dāng)中出現(xiàn)的高頻共振峰，其識別需要遵循以下情況，頻率達(dá)到了12千赫茲，高頻共振頻帶的共振峰與工作頻率成正比，使用包絡(luò)檢測處理手段得到的信號信噪比會更好。

2、高頻共振頻帶的自動識別過程，不一定每次測試分析都得進行。對于一個具體的軸承—壓電加速度計系統(tǒng)來說，只需要在第一次測試分析時進行高頻共振頻帶的自動識別，讓計算機自動記住該共振頻帶，以后再對該軸承—壓電加速度計系統(tǒng)進行測試分析時，就不必進行高頻共振頻帶的自動識別。這種處理方法可節(jié)約計算機機時。而此方法在計算機軟件中是容易實現(xiàn)的。

3、小波包的分解層數(shù)盡量不要太多，因為太多會加重計算機的計算負(fù)擔(dān)。只要達(dá)到可以將高頻共振頻帶和其它干擾信號分解分配到不同頻段的效果就行。在分析了振動信號取樣頻率和共振頻帶中心頻率以及帶寬之后再決定小波包應(yīng)當(dāng)分解的分解層數(shù)。

4、在滾動軸承振動信號的小波包分析中，采用Daubechies函數(shù)作為小波函數(shù)。損傷引起的滾動軸承振動信號呈一衰減振蕩形狀。Daubechies小波函數(shù)能較好地適應(yīng)滾動軸承振動信號的這一特征。為了更好地突出這一特征，從而能從混有大量背景噪聲的振動信號中很好地檢測出損傷故障。

5、在包絡(luò)檢波之后，一般要對包絡(luò)信號進行重采樣，再作FFT分析。對包絡(luò)信號進行重采樣的目的是降低采樣頻率，以提高信號的頻率分辨率。

六、結(jié)束語

綜上所述，本文依據(jù)滾動軸承的特點，采用了小包波分析手段和包絡(luò)檢測的方法，簡單方便的達(dá)到了對滾動軸承的故障作出檢測和診斷的目的。其原理是當(dāng)滾動軸承發(fā)生故障的時候?qū)S承座或其它零部件產(chǎn)生一定的共振效果，當(dāng)我們使用小包波分析法，通過對振動信號的采樣分析識別振動頻帶并重構(gòu)之后，可以直觀有效的檢測出滾動軸承的運行情況以及是否存在故障情況。實踐表明，在這種方法下對滾動軸承的故障檢測將會非常的及時、準(zhǔn)確。使得對滾動軸承的故障檢測工作變得簡單方便而且及時有效。

參考文獻(xiàn)

[1]陸紅軍.淺談機械工程及自動化.《黑龍江科技信息》，2013年20期