滚动轴承信号分析方法(测试特征频率)!

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滚动轴承信号分析方法(测试特征频率)!

一、故障信号三频段(三座大山)

1.低频段:在8kHz以下,滚动轴承中与结构和运动关系相联系的故障信号在这个频率段,少数高速滚动轴承的信号频段能延展到B点以外。因为轴的故障信号、齿轮的故障信号也在这个频段,因而这也是绝大部分在线故障监测与诊断系统所监测的频段。

2.高频段:位于Ⅱ区,这个频段的信号是轴承故障所激发的轴承自振频率的振动。

3.超高频段:位于Ⅲ区,它们是轴承内微裂纹扩张所产生的声发射超声波信号。

二、分析谱带的选择

1.低频段:

(1)低频率段指1kHz以下的频率范围;

(2)一般可以采用低通滤波器(例如截止频率fb≤1kHz)滤去高频成分后再作频谱分析;

(3)此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线,做出判断;

(4)这个频率范围容易受到机械及电源干扰,并且在故障初期反映故障的频率(5)成分在低频段的能量很小。因此,信噪比低,故障检测灵敏度差。

2.中频段:

(1)中频段指1k~20kHz频率范围;

(2)使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分,以消除机械干扰;

(3)用信号的峰值、RMS值或峭度指标作为监测参数;

(4)使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分,用通带内的信号总功率作为监测参数;

3.高频段:

(1)高频率段指20~80kHz频率范围;

(2)轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段;

(3)如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振频率,利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰减振动信号,对故障诊断非常有效;

(4)瑞典的冲击脉冲计(SPM)和美国首创的IFD法就是利用这个频段。

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三、测点的选择

(1)测量点应尽量靠近被测轴承的承载区,应尽量减少中间传递环节,探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好;

(2)应尽量考虑在水平(x)、垂直(y)和轴向(z)三个方向上进行振动检测。

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四、滚动轴承故障信号分析方法

1.有效值与峰值判别法

(1)有效值:可以用有效值作为轴承异常的判断指标。

(2)峰值:有效值指标对具有瞬间冲击振动的异常是不适用的。因为冲击波峰的振幅大,并且持续时长短,用峰值比有效值更适用。

2.峰值系数法:正常时,滚动轴承的峰值系数约为5,当轴承有故障时,可达到几十。

3.峭度指标法

(1)峭度指标Cq对信号中的冲击特征很敏感,正常情况下其值应该在3左右,如果这个值接近4或超过4,则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。

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(2)当轴承出现初期故障时,有效值变化不大,但峭度指标值已经明显增加,达到数十甚至上百,非常明显。它的优势在于能提供早期的故障预报。

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(3)当轴承故障进入晚期,由于剥落斑点充满整个滚道,峭度指标反而下降。也就是对晚期故障不适应。

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4.冲击脉冲法(SPM)

冲击脉冲法是利用轴承故障所激发的轴承元件固有频率的振动信号,经加速度传感器的共振放大、带通滤波及包络检波等信号处理,所获得的信号振幅正比于冲击力的大小。

在冲击脉冲技术中,所测信号振幅的计量单位是dB。测到的轴承冲击dBi值与轴承基准值dB0相减(dB0是良好轴承的测定值)。

dBN = dBi-dB0

冲击脉冲计的刻度就是用dBN值表示的。轴承的状况分为三个区:

(0~20)dBN 表示轴承状况良好

(20~35)dBN 表示轴承状况已经劣化,属发展中的损伤期

(35~60)dBN 表示轴承已经存在明显的损伤。

5.共振解调法

共振解调法也称为包络检波频谱分析法,是目前滚动轴承故障诊断中最常用的方法之一。

基本原理可用图7—6所示信号变换过程中的波形特征来说明。

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频谱分析法与共振解调法的比较

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6.频谱分析法

将低频段测得振动信号,经低通抗叠混滤波器后,进行FFT快速富里叶变换,得到频谱图。根据各项计算特征频率,在频谱图中找出其对应值、观察其变化,从而判别故障的存在与部位。

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7.倒频谱分析法

对于一个复杂的振动情况,其谐波成分更加复杂而密集,仅仅去观察其频谱图,可能什么也辨认不出。利用倒谱分析方法,对功率谱上的周期分量进行再处理,找出功率谱上不易发现的问题。

处理工程:

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倒谱分析示例

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8.波形因数诊断法

(1)波形因数:峰值与均值之比(脉冲指标);

(2)当波形因数值过大时,表明滚动轴承可能有点蚀;而波形因数小时,则有可能发生了磨损;

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9.概率密度诊断法

(1)无故障轴承:典型正态分布曲线;

(2)有故障轴承:概率密度曲线可能出现偏斜或分散。

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