滾動(dòng)軸承振動(dòng)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)工況敏感度分析

涂文兵，梁 杰，周建民，楊錦雯，楊本夢(mèng)

(華東交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，南昌 330013)

滾動(dòng)軸承故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械失效的重要原因之一，因此對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷非常有必要[1－4]。目前的故障診斷方法主要是通過提取軸承振動(dòng)、聲音、油液等信號(hào)中的時(shí)域、頻域與時(shí)頻域指標(biāo)開展，根據(jù)指標(biāo)值的變化判斷滾動(dòng)軸承的健康狀態(tài)[5－7]。

李政等[8]通過運(yùn)用最大相關(guān)峭度解卷積算法與經(jīng)驗(yàn)小波變換，提出了一種滾動(dòng)軸承早期故障的識(shí)別方法。張琛等[9]提出了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解與信號(hào)評(píng)價(jià)指標(biāo)重構(gòu)的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)識(shí)別方法，提高了故障診斷的精度。李文峰等[10]通過分析時(shí)域特征信號(hào)的故障敏感性，融合重組出兩個(gè)對(duì)故障更為敏感的新指標(biāo)，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型驗(yàn)證了新指標(biāo)的有效性。Wu 等[11]提出了一種基于正常運(yùn)行聲參數(shù)聚類融合的軸承異常檢測(cè)方法，利用均方根值等時(shí)域特征信號(hào)重構(gòu)了一種新指標(biāo)，采用K-medoids聚類方式計(jì)算距離，通過判斷距離大小來進(jìn)行軸承的診斷。Zhou等[12]將K-means算法與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，以均方根值為對(duì)象，判斷出了滾動(dòng)軸承的退化程度。以上文獻(xiàn)均認(rèn)為指標(biāo)值的變化僅由故障引起，但實(shí)際上滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)速與載荷是不穩(wěn)定的，這導(dǎo)致從軸承工作信號(hào)中提取的評(píng)價(jià)指標(biāo)值中不僅有故障信息，還有工況信息。且工況信息會(huì)對(duì)滾動(dòng)軸承故障診斷造成非常大的影響，故獲取軸承工作信號(hào)評(píng)價(jià)指標(biāo)隨工況的變化規(guī)律十分重要。

王柏楊等[13]通過仿真構(gòu)建了一組軸承振動(dòng)信號(hào)，分析了各時(shí)域指標(biāo)對(duì)轉(zhuǎn)速與故障程度的敏感度，但其使用各指標(biāo)的數(shù)值直接進(jìn)行敏感度判斷，沒有分析具體的單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隨工況變化的敏感度。Singh 等[14]通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解獲得了振動(dòng)信號(hào)的均方根值、峰值等一系列評(píng)價(jià)指標(biāo)的分解值，并將其作為故障識(shí)別的有效參數(shù)，雖然考慮到了滾動(dòng)軸承的不同載荷與轉(zhuǎn)速工況，但沒有分析各評(píng)價(jià)指標(biāo)隨工況變化的敏感度與變化趨勢(shì)。劉若晨等[15]通過靜電監(jiān)測(cè)方法對(duì)故障大小不同的滾動(dòng)軸承進(jìn)行了檢驗(yàn)，得出了靜電感應(yīng)方法可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承的故障程度，但把工況變化的影響直接用線性變化來模擬，不具有普適性。

因此，基于二項(xiàng)式擬合與插值處理計(jì)算方法，本文對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)評(píng)價(jià)中幾個(gè)常用指標(biāo)值與工況參數(shù)之間的敏感及影響程度進(jìn)行了研究與分析。為了剔除不同工況信息之間的相互影響，通過搭建軸承試驗(yàn)臺(tái)分別對(duì)同一轉(zhuǎn)速不同載荷、同一載荷不同轉(zhuǎn)速工況下的滾動(dòng)軸承振動(dòng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，并分析了振動(dòng)信號(hào)的峭度指標(biāo)Kv(Kurtosis Index Value)、均方根值RMS(Root Mean Square Value)與脈沖指標(biāo)If(Impulse Factor)在滾動(dòng)軸承處于不同工況下的變化趨勢(shì)，獲取了它們對(duì)工況變化的敏感程度，得到了以工況條件(載荷、轉(zhuǎn)速)為變量的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算關(guān)系式。對(duì)于合理處理滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)以及提升滾動(dòng)軸承故障診斷準(zhǔn)確性具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)裝置與軸承振動(dòng)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與工況選擇

滾動(dòng)軸承存在故障時(shí)會(huì)引起強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)，且故障較大時(shí)沖擊振動(dòng)更明顯，為減少實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中其他因素對(duì)振動(dòng)信號(hào)造成的影響，本實(shí)驗(yàn)以NU306E 圓柱滾子軸承為測(cè)試對(duì)象，如圖1所示，其中軸承的內(nèi)、外圈故障均為電火花加工的尺寸為1 mm×1 mm矩形橫截面貫穿缺陷。由于不同轉(zhuǎn)速、載荷以及不同故障位置對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷的要求不一樣，故以軸承故障類型、轉(zhuǎn)速與載荷為變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？紤]到實(shí)驗(yàn)條件中載荷、轉(zhuǎn)速變化范圍限制，將載荷的范圍定為0～4 000 N，轉(zhuǎn)速的范圍定為600 r/min～2 400 r/min，具體實(shí)驗(yàn)工況值如表1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)軸承圖

表1 工況表

1.2 試驗(yàn)裝置搭建

為了獲取精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了軸承振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，如圖2所示，采用PLC控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而帶動(dòng)主軸使軸承內(nèi)圈按照所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，通過螺紋傳動(dòng)副施加徑向載荷，通過力傳感器精準(zhǔn)測(cè)量載荷大小。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，加速度傳感器放置在實(shí)驗(yàn)軸承的軸承座正上方，用來獲取實(shí)驗(yàn)軸承的振動(dòng)信號(hào)。加速度傳感器與采集卡相連，將所獲振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)上。

圖2 軸承振動(dòng)測(cè)試裝置圖

為確保所采集振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，在軸承轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再開始對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采樣頻率設(shè)置為24 000 Hz，采樣時(shí)間為5 s。采用控制變量法(軸承故障類型、載荷與轉(zhuǎn)速)分別重復(fù)以上操作，總共獲取了189 組軸承數(shù)據(jù)(3 組軸承類型×9 組載荷工況×7組轉(zhuǎn)速工況)。

1.3 軸承振動(dòng)實(shí)驗(yàn)信號(hào)的時(shí)、頻域波形

為了驗(yàn)證所測(cè)得振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的正確性，通過對(duì)其進(jìn)行Hilbert包絡(luò)調(diào)解，得出內(nèi)、外圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)頻譜圖，并與滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈故障特征頻率理論值進(jìn)行對(duì)比分析。圖3為1 500 N、1 500 r/min工況下內(nèi)、外圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)頻譜圖。

圖3 1 500 N、1 500 r/min工況下故障軸承振動(dòng)信號(hào)頻譜圖

根據(jù)文獻(xiàn)[16]可知，滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈故障的特征頻率理論值計(jì)算如式(1)、式(2)所示。

式中：BPFI與BPFO分別表示滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈故障特征頻率，Z為滾子數(shù)，F(xiàn)s為內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率，D為滾子直徑，dm為軸承節(jié)徑，α為接觸角。

本文的實(shí)驗(yàn)軸承為圓柱滾子軸承NU306E，通過上述公式計(jì)算獲得在轉(zhuǎn)速為1 500 r/min 時(shí)軸承內(nèi)、外圈故障特征頻率理論值，見表2。

表2 軸承內(nèi)、外圈故障特征頻率理論值

對(duì)比圖3、表2可以看出，在1 500 N、1 500 r/min 工況下內(nèi)圈故障軸承故障頻率為182.2 Hz，與理論計(jì)算值(182.0 Hz)相比誤差很小，而且在故障頻率兩側(cè)都有以轉(zhuǎn)頻為間隔的邊頻；外圈故障軸承的故障頻率117.6 Hz 與理論計(jì)算值(118 Hz)相比誤差也很小。由于受到軸承載荷、安裝、潤滑、元件多邊形等一系列因素影響，由實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)和根據(jù)理論分析得出的計(jì)算結(jié)果存在誤差是合理的，這與文獻(xiàn)[17]的結(jié)果一致。并且譜峰所在頻率與軸承外圈特征頻率存在差異的根本原因主要為實(shí)驗(yàn)環(huán)境下存在滑移效應(yīng)[18]，故可證明本文所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)處理與選取

評(píng)價(jià)指標(biāo)值不僅會(huì)隨著故障的大小、位置等一系列因素變化而改變，還會(huì)由于工況因素而引起變化。評(píng)價(jià)指標(biāo)的處理與選取方法對(duì)于獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)與工況之間的變化規(guī)律非常重要。

本文基于上述已經(jīng)準(zhǔn)確性判別的振動(dòng)信號(hào)，提取其常用評(píng)價(jià)指標(biāo)值，并通過控制變量法(同轉(zhuǎn)速不同載荷、同載荷不同轉(zhuǎn)速)分別對(duì)內(nèi)、外圈故障評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行整理分組，進(jìn)而采用多項(xiàng)式擬合法和插值法處理和整合已分組的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以獲得去工況因素下的評(píng)價(jià)指標(biāo)值。詳細(xì)評(píng)價(jià)指標(biāo)處理與選取方法流程圖如圖4所示。

圖4 評(píng)價(jià)指標(biāo)處理與選取方法流程圖

2.1 常用特征指標(biāo)的選取

滾動(dòng)軸承故障的評(píng)價(jià)指標(biāo)有很多，主要分為三個(gè)大類：時(shí)域特征指標(biāo)、頻域特征指標(biāo)與時(shí)頻域特征指標(biāo)，且每一個(gè)指標(biāo)對(duì)軸承故障的敏感性、規(guī)律性都不相同。本文針對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行不同載荷、轉(zhuǎn)速工況下的振動(dòng)測(cè)試，采用均方根值、峭度指標(biāo)與脈沖指標(biāo)這三個(gè)常用的軸承振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究它們?cè)诓煌r下的變化規(guī)律。表3為三個(gè)指標(biāo)的定義表達(dá)式。

表3 三個(gè)常見指標(biāo)定義表達(dá)式

在軸承實(shí)驗(yàn)振動(dòng)信號(hào)中提取上述峭度指標(biāo)、均方根值與脈沖指標(biāo)，獲得根據(jù)軸承故障類型、載荷與轉(zhuǎn)速為變量的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)集，通過控制變量法對(duì)每一條數(shù)據(jù)特征進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，應(yīng)用插值法對(duì)這些擬合線規(guī)律進(jìn)行綜合分析，分別獲得評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)集隨著三個(gè)變量變化(軸承故障類型、載荷與轉(zhuǎn)速)的趨勢(shì)曲線。

以軸承故障類型依次得出三個(gè)趨勢(shì)圖，每個(gè)圖里有63(9載荷個(gè)數(shù)×7轉(zhuǎn)速個(gè)數(shù))個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，橫坐標(biāo)可以分為載荷與轉(zhuǎn)速，故對(duì)于一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以獲取6個(gè)工況變化趨勢(shì)圖。

2.2 多項(xiàng)式擬合處理

由文獻(xiàn)[19]知，假設(shè)給定數(shù)據(jù)點(diǎn)(xi，yi)，i=1，2，…，m，Φ為所有次數(shù)不超過n(n m)的多項(xiàng)式構(gòu)成的函數(shù)類，現(xiàn)求一個(gè)使得：

定義平均擬合度為該工況下對(duì)應(yīng)變量不同分組擬合度的算術(shù)平均值。平均擬合度大于等于0.8 為擬合良好，小于0.8 為擬合欠佳，對(duì)上述點(diǎn)集分別進(jìn)行線性擬合與二項(xiàng)式擬合，獲取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均擬合度，如表4至表6所示。

由表4至表6可知，隨軸承工況變化的評(píng)價(jià)指標(biāo)值的二項(xiàng)式平均擬合度均大于線性平均擬合度，且二項(xiàng)式擬合度基本良好。圖5為內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的均方根值隨軸承載荷變化的二項(xiàng)式擬合曲線圖，各點(diǎn)代表實(shí)際各工況的均方根值，各曲線代表各轉(zhuǎn)速工況下軸承載荷變化的二項(xiàng)式擬合曲線。從圖5中可以看出，運(yùn)用二項(xiàng)式擬合的RMS 工況趨勢(shì)線與RMS的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較貼近，且表現(xiàn)為逐漸遞增的走勢(shì)。結(jié)合以上三個(gè)指標(biāo)的平均擬合度表，可知二項(xiàng)式的擬合度更加理想，故本文采用二項(xiàng)式擬合作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)處理方法。

圖5 內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)均方根值隨載荷變化的二項(xiàng)式擬合曲線

表4 峭度指標(biāo)平均擬合度

表5 均方根值平均擬合度

表6 脈沖指標(biāo)平均擬合度

3 指標(biāo)工況敏感度與變化規(guī)律分析

3.1 指標(biāo)工況趨勢(shì)分析

根據(jù)已獲取各工況下滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)Kv、RMS、If的二項(xiàng)式擬合曲線，通過插值法對(duì)二項(xiàng)擬合曲線的規(guī)律進(jìn)行綜合分析，得到不同軸承狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值隨著工況(載荷與轉(zhuǎn)速)改變而變化的趨勢(shì)圖。

健康軸承、內(nèi)圈故障軸承、外圈故障軸承在不同載荷工況下振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合曲線圖如圖6所示。從圖6可以看出，由于故障的存在使得滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性增強(qiáng)，且同種載荷工況下內(nèi)圈作為主動(dòng)元件，當(dāng)自身產(chǎn)生故障時(shí)滾動(dòng)體在承載區(qū)對(duì)其他元件碰撞作用造成的影響會(huì)更大，故同等載荷工況下顯現(xiàn)出來的軸承振動(dòng)信號(hào)中峭度指標(biāo)值Kv內(nèi)＞Kv外＞Kv健康，脈沖指標(biāo)值If內(nèi)＞If外＞If健康，這與文獻(xiàn)[13]中的結(jié)論是一致的；隨著軸承載荷的增大，對(duì)振動(dòng)沖擊的抑制作用增強(qiáng)，內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的Kv值和If值逐漸變小，但均方根RMS指標(biāo)值逐漸上升。

圖7為健康軸承、內(nèi)圈故障軸承、外圈故障軸承在不同轉(zhuǎn)速工況下振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合曲線圖。從圖7可以看出，同等轉(zhuǎn)速工況下，內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的Kv值、RMS值、If值明顯比健康軸承要大；隨著軸承轉(zhuǎn)速不斷增加，內(nèi)圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的Kv值逐漸減小，RMS 值、If值逐漸增加；軸承轉(zhuǎn)速為600 r/min～1 800 r/min 時(shí)，外圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的Kv值比健康軸承大，而在軸承轉(zhuǎn)速為1 800 r/min～2 400 r/min 時(shí)，外圈故障軸承的振動(dòng)信號(hào)更加穩(wěn)定，導(dǎo)致內(nèi)圈故障軸承與外圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)的Kv值相近，如圖7(a)所示。

對(duì)比圖6(b)與圖7(b)可以看出，當(dāng)工況變得嚴(yán)峻（重載、高速）時(shí)，滾動(dòng)軸承內(nèi)部元件（內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架與外圈）之間的沖擊更明顯，尤其是滾動(dòng)體過故障時(shí)對(duì)其他部件的沖擊加強(qiáng)，導(dǎo)致同等工況下故障軸承（內(nèi)圈故障與外圈故障）振動(dòng)信號(hào)的RMS 值均比健康軸承的要大，這與文獻(xiàn)[15，20]的結(jié)果一致，進(jìn)一步說明RMS值對(duì)軸承工況（載荷與轉(zhuǎn)速）的改變較為敏感。故當(dāng)待測(cè)軸承的工況不穩(wěn)定時(shí)，就難以判斷軸承振動(dòng)信號(hào)的RMS 值改變是由故障引起還是由工況引起的。

此外，對(duì)比健康軸承、內(nèi)圈故障軸承、外圈故障軸承振動(dòng)信號(hào)脈沖If指標(biāo)值隨工況(載荷與轉(zhuǎn)速)變化曲線圖可知，相較轉(zhuǎn)速變化工況而言，脈沖If指標(biāo)值對(duì)于載荷多變的工況更加不敏感，如圖6(c)與圖7(c)所示。通過表2中的脈沖指標(biāo)計(jì)算公式，可以得知是因?yàn)檩S承處于復(fù)雜多變工況時(shí)，相對(duì)重載與高速工況下的故障軸承運(yùn)行都會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)圈整體振動(dòng)的有效值增加，但是對(duì)于單次振動(dòng)最大有效幅值，轉(zhuǎn)速帶來的影響往往會(huì)比載荷帶來的影響要大。

圖6 不同載荷工況下滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)值擬合曲線圖

圖7 不同轉(zhuǎn)速工況下滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)值擬合曲線圖

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)工況敏感度分析

為更加了解故障軸承中3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于工況改變的敏感程度，通過分析上述評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢(shì)線，定義第i種實(shí)驗(yàn)工況(載荷或轉(zhuǎn)速)下評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合線斜率為該工況下的相對(duì)敏感度，如式(5)所示：

對(duì)上述得到的峭度指標(biāo)、均方根值與脈沖指標(biāo)進(jìn)行敏感度分析如圖8至圖9所示。

從圖8(a)可以看出，含內(nèi)圈故障的滾動(dòng)軸承工作時(shí)，峭度指標(biāo)的相對(duì)敏感度遞增趨勢(shì)最大，表明在內(nèi)圈故障中峭度對(duì)載荷工況的敏感度最高，易于受到載荷工況的影響；且在圖8(b)中RMS 的相對(duì)敏感度隨著載荷工況增大而減少，表明了含外圈故障的滾動(dòng)軸承，受到相對(duì)較大的載荷時(shí)，RMS 會(huì)趨于穩(wěn)定，而可以忽略載荷工況的影響；相比之下脈沖指標(biāo)的相對(duì)敏感度的表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，比較適用于載荷工況多變的內(nèi)、外圈故障診斷。

圖8 評(píng)價(jià)指標(biāo)隨載荷工況變化敏感度

從圖9可看出，不管是內(nèi)圈故障狀態(tài)還是外圈故障狀態(tài)，RMS 對(duì)載荷與轉(zhuǎn)速工況敏感度較高，不太適用于工況多變的軸承故障診斷；而相比外圈故障狀態(tài)，峭度指標(biāo)與脈沖指標(biāo)對(duì)于轉(zhuǎn)速多變工況敏感度較小，更適用于轉(zhuǎn)速多變時(shí)的軸承內(nèi)圈故障診斷。

圖9 評(píng)價(jià)指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速工況變化敏感度

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)與工況的關(guān)系

以上已經(jīng)分析軸承處于不同故障狀態(tài)時(shí)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于載荷和轉(zhuǎn)速工況改變的敏感度，并指出了特定的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以用于某種特定工況的故障診斷，而對(duì)于不處于特定工況的軸承故障診斷，則需要對(duì)于剔除所用的評(píng)價(jià)指標(biāo)中的工況性因素。為了剔除評(píng)價(jià)指標(biāo)值中工況因素的影響，獲取僅含故障因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)，需要尋找評(píng)價(jià)指標(biāo)與工況之間的映射關(guān)系。

由上分析可提取峭度指標(biāo)、均方根值與脈沖指標(biāo)隨工況改變的趨勢(shì)變化公式。如表7所示，其中F1為軸承在初始工況的評(píng)價(jià)指標(biāo)值。令軸承初始載荷為x11，軸承初始內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為x12；x21為軸承載荷變化后的數(shù)值，x22為軸承轉(zhuǎn)速變化后的數(shù)值。軸承載荷差為Δx1(Δx1=x21-x11)，軸承轉(zhuǎn)速差為Δx2(Δx2=x22-x12)。故表7中P(Δx1)表示由軸承載荷變化所引起的評(píng)價(jià)指標(biāo)變化值，P(Δx2)表示由軸承轉(zhuǎn)速變化所引起的評(píng)價(jià)指標(biāo)變化值。

由于表7的P(Δx1)、P(Δx2)為評(píng)價(jià)指標(biāo)在初始值F1的基礎(chǔ)上軸承工況發(fā)生改變的變化值，故可以通過線性相加減獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)在對(duì)應(yīng)工況的理論值，計(jì)算公式如式(6)所示：

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)隨工況變化規(guī)律表

式中：F為剔除載荷、轉(zhuǎn)速工況因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，F(xiàn)0為工況變化后軸承振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的評(píng)價(jià)指標(biāo)值。

由式(6)得出的F(評(píng)價(jià)指標(biāo)值)剔除了軸承所受到的載荷、轉(zhuǎn)速工況因素的影響，使得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)值僅受故障的影響，對(duì)后期滾動(dòng)軸承故障診斷研究起到了非常重要的引導(dǎo)作用。

4 結(jié)語

本文為探究不同工況對(duì)滾動(dòng)軸承評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感度，運(yùn)用試驗(yàn)臺(tái)就軸承故障類型、載荷與轉(zhuǎn)速3個(gè)不同變量對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別求出它們的峭度指標(biāo)、均方根值與脈沖指標(biāo)，通過多項(xiàng)式擬合與插值法，獲取了不同工況下軸承振動(dòng)信號(hào)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化趨勢(shì)，判斷其工況敏感度，并求得工況變化時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式，為進(jìn)一步識(shí)別處于變工況下的軸承故障奠定了基礎(chǔ)。

(1)滾動(dòng)軸承故障診斷中，對(duì)于含內(nèi)圈故障的滾動(dòng)軸承，峭度較易受到載荷工況發(fā)生變化的影響；而均方根值較適用于帶有外圈故障且處于相對(duì)重載工況的軸承故障識(shí)別。

(2)針對(duì)轉(zhuǎn)速工況多變的滾動(dòng)軸承故障診斷，在沒有對(duì)所測(cè)得振動(dòng)信號(hào)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行處理時(shí)，峭度指標(biāo)與脈沖指標(biāo)對(duì)轉(zhuǎn)速變化的敏感度不高；但考慮到實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，脈沖指標(biāo)對(duì)故障的識(shí)別敏感程度較低，故在未知軸承故障類型情況下進(jìn)行故障診斷時(shí)選用峭度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)最為合適。

(3)盡管均方根值對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)工況的敏感度較高，但其對(duì)于故障的敏感度也較高，故可以應(yīng)用所獲得的評(píng)價(jià)指標(biāo)工況關(guān)系式，剔除工況因素對(duì)軸承故障診斷準(zhǔn)確性的影響。