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本文簡單和大家聊聊軸承振動(dòng)信號分析診斷

    軸承振動(dòng)對軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會在軸承及振動(dòng)測量中反映出來。所以，通過采用特殊的軸承振動(dòng)測量器（頻率分析器等）可測量出振動(dòng)的大小，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況。測得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同，因此需要事先對每臺機(jī)器的測量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。  滾動(dòng)軸承故障的檢測診斷技術(shù)有很多種，如振動(dòng)信號檢測、潤滑油液分析檢測、溫度檢測、聲發(fā)射檢測等。在各種診斷方法中，基于振動(dòng)信號的診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。  ·簡易診斷利用振動(dòng)信號波形的各種參數(shù)，如幅值、波形因數(shù)、波峰因數(shù)、概率密度、峭度系數(shù)等，以及各種解調(diào)技術(shù)對軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障；  ·精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。

  2.1 簡易診斷法   在利用振動(dòng)對滾動(dòng)軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中，通常是要測得的振值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)測的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。  用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：

（1）絕對判定標(biāo)準(zhǔn)：是用于判斷實(shí)測振值是否超限的絕對量值；

（2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)：是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測，并按時(shí)間先后進(jìn)行比較，以軸承的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn)；

（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)：是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動(dòng)檢測。適用于所有軸承的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。

簡易診斷主要有以下幾種方法：

（1）振幅值診斷法

這里所說的振幅值指峰值XP、均值X（對于簡諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值，對于軸承沖擊振動(dòng)為絕對值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。

這是一種常用的診斷法，它是通過將實(shí)測的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來診斷的。

·峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的故障診斷。

·均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min以上）。

·均方根值是對時(shí)間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。

（2）概率密度診斷法

滾動(dòng)軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)分布曲線；而一旦出現(xiàn)故障，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象。

（3）峭度系數(shù)診斷法

振幅滿足正態(tài)分布規(guī)律的軸承，其峭度值約為3。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峭度值具有與波峰因數(shù)類似的變化趨勢。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。

（4）波形因數(shù)診斷法

波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（XP/X）。該值也是用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一。

（5）波峰因數(shù)診斷法

波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）。該值用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一、二次儀表靈敏度變化的影響。該值適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。通過對XP/Xrms值隨時(shí)間變化趨勢的監(jiān)測，可以有效地對滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢。

·當(dāng)滾動(dòng)軸承時(shí)，XP/Xrms，為一較小的穩(wěn)定值；

·當(dāng)軸承出現(xiàn)了損傷時(shí)，則會產(chǎn)生沖擊信號，振動(dòng)峰值明顯增大，但此時(shí)均方根值尚無明顯的增大，故XP/Xrms增大；

·當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，峰值逐步達(dá)到極限值后，均方根值則開始增大，XP/Xrms逐步減小，直至恢復(fù)到時(shí)的大小。

2.2 精密診斷法

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù)，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種。

（1）低頻信號分析法

低頻信號是指頻率低于8kHz的振動(dòng)。一般測量滾動(dòng)軸承振動(dòng)時(shí)都采用加速度傳感器，但對低頻信號都分析振動(dòng)速度。因此，加速度信號要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號，最后對其進(jìn)行頻率成分分析，以找到信號的特征頻率，進(jìn)行診斷。

（2）中、高頻信號解調(diào)分析法

中頻信號的頻率范圍為8~20kHz，高頻信號的頻率范圍為20~80kHz。由于對中、高頻信號可直接分析加速度，傳感器信號經(jīng)過電荷放大器后，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進(jìn)行解調(diào)，最后進(jìn)行頻率分析，以找出信號的特征頻率。

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