基于Envelope包络与阶次分析的滚动轴承故障诊断

发布时间：2020-08-28 03:43

【摘要】：滚动轴承作为一种承受和传递载荷的重要部件,在机械设备中广泛使用。特殊工况或极端工作环境往往导致滚动轴承性能衰退,此外实际工作中滚动轴承常处于变转速运行状态,变转速使得滚动轴承故障特征具有非平稳性。变转速工况下滚动轴承容易发生故障,可能导致设备损毁,甚至造成灾难性事故。因此,对变工况下滚动轴承进行故障诊断具有非常重要的意义,也是机械设备安全可靠运行、避免经济损失的保障。针对变工况条件下的滚动轴承故障诊断中,由于载荷或转速波动引起的趋势项问题,提出了一种基于Envelope函数与包络阶次谱的变工况下滚动轴承故障诊断。在故障诊断方法中,求某一平稳信号包络时用的最多的是Hilbert变换,但并不是Hilbert特变换适用于所有信号包络的情况,对于转速波动较大或有趋势项的信号,希尔伯特变换不再适用。本文用Envelope函数包络、Hilbert变换包络、平方包络等对仿真数据和实验数据进行包络计算。通过仿真数据和实验数据综合对比分析表明,基于Envelope函数的包络能更有效的计算出变工况下故障信号的调制阶次。针对变转速工况下的滚动轴承故障诊断,用基于Envelope函数包络与已有的计算阶比跟踪(computed order tracking,COT)技术相结合的方法,研究了轴承的故障机理和不同转速下轴承的阶次值,并在变转速条件下对内圈故障轴承实验台测试数据进行研究,实验中为使信号中故障特征阶次更加明显,采用契比雪夫低通滤波技术,结果证明此方法更有利于故障识别,为变工况下的机械故障诊断提供参考。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.33
【图文】：

深沟球轴承,结构剖面

g 重力加速度，9800(mm/s)。对于钢材，代入上述诸常数，则有： = × × 2× ( 2 ) 2 滚动体的固有频率为： = √ 式中：钢球半径，，和的意义和上式相同。动轴承运动学本文以深沟球轴承为研究目标，在滚动轴承的运动学基础上研究滚动轴本身发生故障引起的轴承振动特性。和轴承弹性有关的振动在一定程度统的传递特性，反映了轴承的故障程度。以下为深沟球轴承的结构剖面：

时域波形图,内圈,故障信号,故障

中北大学学位论文表 2-1 滚动轴承故障形式及测试实验工况轴承状态负载工况主轴转速（RPM）采样频率(Hz)内圈故障加载 600 20.48k内圈故障加载 900 20.48k外圈故障加载 600 20.48k外圈故障加载 900 20.48k内圈故障加载升速、降速 20.48k2.5.1 平稳工况下滚动轴承故障振动信号特征（1）600 rpm 内圈故障轴承振动信号特征

频谱,内圈,固有频率

图 2.3 内圈故障频谱图由图 2.3 内圈故障的频域信号图可以看出，频域信号有较宽的频带范围，约为0~6000Hz 左右，主要频率集中在 1000Hz 调制频率和 3000~4000 之间的高频载波频率，由式（2-1）滚动轴承固有频率 = × × 2× ( 2 ) 2 计算公式求得轴承的固有频率在 3000~4000Hz 的范围内，调制频率为轴的旋转频率和滚动体经过故障裂纹处的通过频率；滚动体通过内圈故障处时，轴承的元件会受到冲击，激起轴承元件的某几阶固有频率，载波信号的频率为轴承结构的固有频率，在频谱中低频带和高频带的载波信号为二重幅值调制现象，结果如图 2.3 所示。（2）600 rpm 外圈故障轴承振动信号特征

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