滾動(dòng)軸承的故障診斷方法研究

黎文爵（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

滾動(dòng)軸承的故障診斷方法研究

黎文爵
（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

汽車使用中最容易受到磨損的是其滾動(dòng)軸承，當(dāng)它出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，輕則能影響駕車的舒適度，重則會(huì)導(dǎo)致汽車的動(dòng)力傳遞受阻。本文主要介紹了幾種滾動(dòng)軸承的故障診斷方法，可以為實(shí)際操作的故障診斷提供更加精準(zhǔn)的方法。

滾動(dòng)軸承；診斷；方法

滾動(dòng)軸承作為汽車上的支柱性零部件，它的性能情況直接決定了一輛汽車的質(zhì)量高低。怎樣才能在不拆分汽車的情況下，將滾動(dòng)軸承的微小故障檢測(cè)出來(lái)，并在它引起嚴(yán)重的后果前將這一故障消滅，是研究滾動(dòng)軸承故障診斷方法的初衷。

1　在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動(dòng)軸承故障診斷方法

在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動(dòng)軸承故障診斷方法的診斷是自動(dòng)化非常強(qiáng)的方法，過(guò)程中不需進(jìn)行人為的操作。這種診斷方法基于譜峭度而生，結(jié)合頻帶收縮方法，能夠準(zhǔn)確的找出因滾動(dòng)軸承的故障而導(dǎo)致的譜峭度最高的頻帶，從而進(jìn)行有效的診斷。

這種故障診斷方法的步驟分為（1）、構(gòu)造一個(gè)Morlct小波族，包括四個(gè)小波濾波器，將Morlct小波族放在分析頻帶[0,f,2]內(nèi)。經(jīng)過(guò)原信號(hào)傅立葉和Morlct小波族相乘和逆變換，得到小波系數(shù)[1]。找到譜峭度最大值K1max和相應(yīng)的頻帶[f11,f12]（2）、重復(fù)上述方法，找到K2max剛和相應(yīng)的頻帶[f21,f22]，并對(duì)比K1max和K2max大小，進(jìn)一步作出分析（3）、找出滿足Kn-1max大于Knmax條件的頻帶和相對(duì)的小波系數(shù)Wn-1kmax(a,t)，將小波系數(shù)和它的復(fù)共軛相乘，得出小波系數(shù)的最佳包絡(luò)，對(duì)其做傅立葉的變換，從而找出故障。

和傳統(tǒng)的故障診斷方法相比，在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動(dòng)軸承故障診斷方法的優(yōu)勢(shì)明顯。它降低了傳統(tǒng)診斷方法對(duì)人員的苛刻要求，也可以大大縮小對(duì)共振頻帶的選擇范圍，從而使故障診斷的更加精確和準(zhǔn)確，進(jìn)而提高診斷的效率和效果。

2　小波包故障診斷方法

由于實(shí)際操作中的信號(hào)并不都是穩(wěn)定的信號(hào)，因?yàn)橥饨绲臎_擊、機(jī)器的松動(dòng)等不確定因素的加入，是不穩(wěn)定信號(hào)的更加復(fù)雜。因此，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不僅要考慮到時(shí)域還要考慮到頻域。小波變換是一種數(shù)學(xué)上的方式，它能滿足在進(jìn)行故障診斷的時(shí)候需要進(jìn)行的頻率和時(shí)間上的研究分析。

在處理信號(hào)時(shí)，小波變換既有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)，雖然它能很好的適應(yīng)在處理信號(hào)時(shí)對(duì)時(shí)域頻域要求，但是這也導(dǎo)致了另一問(wèn)題，即“高頻低分辨率”[2]。小波包分解能對(duì)各種信號(hào)在整個(gè)的頻帶內(nèi)做相應(yīng)的正交分解，這從根本上說(shuō)就是對(duì)被檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行多帶通濾波。因?yàn)檎顟B(tài)下的和故障狀態(tài)下的器械它們的輸出信號(hào)的頻帶是不一樣的，小波包分析通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的分析，從而找到是否有故障存在并且進(jìn)一步找出故障所在。

小波包故障診斷的方法有兩種，一種是基于小波包變換的時(shí)域分析方法，一種是基于小波包變換的能量譜分析方法?；谛〔ò儞Q的能量譜分析方法是一種結(jié)合了小波包分解、小波包分頻帶能量檢測(cè)技術(shù)和重構(gòu)原理的診斷方法。因?yàn)闈L動(dòng)軸承上的故障信號(hào)一般是隨機(jī)信號(hào)，常見(jiàn)的數(shù)學(xué)關(guān)系不能有效的表現(xiàn)這種信號(hào)的變化和起落，而小波包系數(shù)的變換和函數(shù)之間的相似度有著密切的關(guān)聯(lián)，基于此，這種系數(shù)的變換亦可形象的化為圖像。這種方法能夠清晰的展現(xiàn)出原始信號(hào)的穩(wěn)定性、周期性以及非穩(wěn)定性，進(jìn)而找出滾動(dòng)軸承上的故障原因。

3　滾動(dòng)軸承故障的溫度診斷方法

和以上兩種方法的專業(yè)性不同，溫度診斷方法的實(shí)際操作性更強(qiáng)。因?yàn)槟Σ?，軸承周身會(huì)產(chǎn)生一定的溫度，正常運(yùn)行情況下的軸承的溫度和有某種異常情況下的軸承的溫度有細(xì)微的差別，通過(guò)對(duì)溫度的檢測(cè)，可以確定滾動(dòng)軸承是否存在故障。

溫度診斷方法對(duì)滾動(dòng)軸承本身要求比較嚴(yán)格，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、是否潤(rùn)滑等外界因素對(duì)溫度這一變量的影響也非常大。造成溫度出現(xiàn)不正常的升高的原因不僅僅只有軸承故障這一個(gè)因素，比如潤(rùn)滑程度不夠，造成摩擦力變大，也會(huì)導(dǎo)致溫度的變化。此外，當(dāng)軸承的故障比較小的時(shí)候，反應(yīng)在溫度上的故障也更加微小，不足以引起重視，只有當(dāng)故障變大時(shí)，溫度的變化才能被檢測(cè)到。因此，軸承上的微小故障如點(diǎn)蝕不能輕易的就能被溫度檢測(cè)方法察覺(jué)。

4　滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷方法

目前使用的許多軸承診斷的儀器的制作原理都是基于振動(dòng)法，國(guó)內(nèi)專家關(guān)于滾動(dòng)軸承的故障研究中振動(dòng)診斷方法占85%以上[3]。這種診斷方法的使用性高、適應(yīng)性強(qiáng)，診斷結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較準(zhǔn)確。

依靠振動(dòng)法診斷故障的方法比較多，比如幅值域處理、時(shí)域差處理等等。其中，時(shí)域準(zhǔn)診斷方法最早應(yīng)用于滾動(dòng)軸承的故障診斷中。因?yàn)榧夹g(shù)有限，時(shí)域波形很難直觀的表現(xiàn)出軸承的狀況，更無(wú)從下手找出軸承的故障。振動(dòng)信號(hào)可以運(yùn)用函數(shù)等變換成數(shù)字或圖像，用的比較多的數(shù)字特征有波形因子、方差、概率分布函數(shù)三種。

振動(dòng)診斷方法可以對(duì)軸承的故障作出比較細(xì)致的分析和診斷，因?yàn)橹苯訉?duì)頻譜信號(hào)作分析，可以更加直觀的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，從而判斷軸承是否有故障。但是，振動(dòng)發(fā)出的信號(hào)頻譜也會(huì)受到流體動(dòng)力器械發(fā)出的聲音的干擾，信號(hào)的純凈度降低，依據(jù)此方法做出的判讀會(huì)產(chǎn)生誤差，這種診斷方法不能應(yīng)用在精密儀器的故障診斷上。

5　結(jié)束語(yǔ)

滾動(dòng)軸承應(yīng)用在越來(lái)越多的器械上，各種交通工具離了它更是寸步難行。隨著技術(shù)的發(fā)展，花樣繁多的精密儀器越來(lái)越復(fù)雜，在生活中的應(yīng)用也越來(lái)越多。軸承質(zhì)量的好壞，不僅僅關(guān)系到器械的運(yùn)行，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失、人員傷亡。本文介紹了在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動(dòng)軸承故障診斷方法、小波包故障診斷方法、溫度診斷方法、振動(dòng)診斷方法，希望能對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷有一定的幫助。

[1]周長(zhǎng)生.齒輪與滾動(dòng)軸承故障診斷方法的研究及專家系統(tǒng)的建立[D].蘭州理工大學(xué),2007.

[2]陳聰.基于小波理論的滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究[D].電子科技大學(xué),2013.

[3]崔寶珍.基于小波分析的滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究與應(yīng)用[D].中北大學(xué),2005.

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