專利名稱：一種滾動軸承磨損的識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械故障監(jiān)測和診斷方法的研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于瞬時能量法進行軸承早期磨損狀態(tài)的識別方法。
背景技術(shù)：
滾動軸承的外圈安置在軸承座孔中，內(nèi)圈與傳動軸相聯(lián)接，隨軸一起轉(zhuǎn)動。如果滾動軸承本身有故障，當(dāng)軸以一定轉(zhuǎn)速并在一定載荷作用下運轉(zhuǎn)時，對軸承和軸承座或外殼組成的振動系統(tǒng)產(chǎn)生激勵，產(chǎn)生振動。這個振動包括外部激勵和軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安裝、裝配誤差引起的內(nèi)部激勵形成的綜合激勵系統(tǒng)。為了從振動信號中有效分離出軸承運行故障，需要首先克服大的噪聲背景下軸承微弱故障特性信息的提取，其次不同轉(zhuǎn)速工況下軸承特征頻率變化和相應(yīng)帶寬，最后研究有效提取故障信息的方法。高速重載滾動軸承的表面磨損隨工作時間的長短逐漸加劇，是一種漸變性故障， 軸承表面磨損后產(chǎn)生的振動具有相應(yīng)特征頻率，同時磨損后振動水平(幅值)明顯高于正常軸承。因此振動的加劇和超限也可以初步判別軸承的運行狀況。軸承故障特征頻率一般在低頻(IkHz)以下，但是由于表面損傷沖擊作用會誘發(fā)的軸承系統(tǒng)的高頻固有振動成分，例如軸承外圈的徑向彎曲固有振動?；谔卣黝l率和其諧波分析的瞬時特征頻率、諧波以及背景噪聲組成了滾動體磨損的總特征，為此建議采用瞬時特征區(qū)諧波譜能量方法監(jiān)測磨損的發(fā)生、發(fā)展和趨勢。磨損的背景噪聲幅值大小與轉(zhuǎn)速大小相關(guān)，另外也代表磨損的發(fā)生和發(fā)展過程。背景噪聲來源相互摩擦的物體摩擦產(chǎn)生的振動噪聲和由于摩損后間隙增大引起整個系統(tǒng)噪聲級增大，帶來大范圍的諧波成分我們稱之為子帶，因此可以通過計算磨損對應(yīng)的特征頻率所在的子帶范圍內(nèi)噪聲級的大小來判別磨損的過程。高速重載的軸承如航空發(fā)動機的中介軸承，中介軸承是高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子之間起到支撐作用的部件，若中介軸承發(fā)生故障輕者系統(tǒng)振動增大，重者轉(zhuǎn)子抱死發(fā)動機空中停車。中介軸承的工作原理是依靠主動套圈與滾子之間所產(chǎn)生的拖動力帶動滾動體和保持架部件運轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。軸承在磨損過程中，頻譜圖上相繼會出現(xiàn)軸承故障頻率及其諧波。隨著磨損加劇，在軸承故障頻率及其諧波處會出現(xiàn)邊頻，當(dāng)軸承磨損發(fā)生及發(fā)展時，特有的頻率會被噪聲所代替。旁瓣將成為這些故障的唯一標(biāo)記(低速情況下)。邊頻和故障頻率組成的頻帶形成峰丘狀，俗稱“干草堆”?！安荻研?yīng)”是指草堆會隨著故障惡化而逐漸增大，因此可以通過“草堆”的能量來衡量故障程度。本發(fā)明即是基于此種思路而產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種滾動軸承磨損的識別方法，其可根據(jù)瞬時能量大小來判斷滾動軸承的磨損，具有在線實時性、能夠衡量磨損程度的特點。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種滾動軸承磨損的識別方法，包括如下步驟(I)計算軸承在不同工作階段的特征頻率；(2)對軸承振動測試信號進行短時傅里葉變換，得到傅里葉變換頻譜圖；(3)設(shè)置頻段，使用積分法求取該頻段能量作為軸承特征頻率的計算瞬時能量；(4)分別計算一段時間內(nèi)實際瞬時能量與正常工況下的瞬時能量；(5)以正常工況所在的瞬時能量大小為基線，設(shè)定閾值，比較判斷磨損的趨勢和軸承損壞的程度。上述步驟(I)中，所述特征頻率包括如下參數(shù)滾動體自轉(zhuǎn)頻率
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承磨損的識別方法，其特征在于包括如下步驟 (1)計算軸承在不同工作階段的特征頻率； (2)對軸承振動測試信號進行短時傅里葉變換，得到傅里葉變換頻譜圖； (3)設(shè)置頻段，使用積分法求取該頻段能量作為軸承特征頻率的計算瞬時能量； (4)分別計算一段時間內(nèi)實際瞬時能量與正常工況下的瞬時能量； (5)以正常工況所在的瞬時能量大小為基線，設(shè)定閾值，比較判斷磨損的趨勢和軸承損壞的程度。
2.如權(quán)利要求I所述的一種滾動軸承磨損的識別方法，其特征在于所述步驟(I)中，所述特征頻率包括如下參數(shù) 滾動體自轉(zhuǎn)頻率
3.如權(quán)利要求I所述的一種滾動軸承磨損的識別方法，其特征在于所述步驟(3)中，劃分頻率段，隨著磨損的出現(xiàn)，該特征頻率附近出現(xiàn)諧波成分
4.如權(quán)利要求3所述的一種滾動軸承磨損的識別方法，其特征在于所述步驟(4)中，對選帶濾波后成分的傅里葉變換STFTh在頻域積分，得到瞬時能量
5.如權(quán)利要求I所述的一種滾動軸承磨損的識別方法，其特征在于所述步驟(5)中，所述閾值的設(shè)定方法是將正常工況下瞬時能量大小的平均值加上其2倍方差得到。
全文摘要
本發(fā)明公開一種滾動軸承磨損的識別方法，包括如下步驟(1)計算中介軸承在不同工作階段的特征頻率；(2)對軸承振動測試信號進行短時傅里葉變換，得到傅里葉變換頻譜圖；(3)設(shè)置頻段，使用積分法求取該頻段能量作為軸承特征頻率的計算瞬時能量；(4)分別計算一段時間內(nèi)實際瞬時能量與正常工況下的瞬時能量；(5)以正常工況所在的瞬時能量大小為基線，設(shè)定閾值，比較判斷磨損的趨勢和軸承損壞的程度。此種識別方法可根據(jù)瞬時能量大小來判斷滾動軸承的磨損，具有在線實時性、能夠衡量磨損程度的特點。
文檔編號G01M13/04GK102788695SQ20121024916
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者唐林牧, 岳林, 李俊虎, 陸鳳霞 申請人:南京航空航天大學(xué)