一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法
【專利摘要】一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，利用安裝在軸承座承載區(qū)的振動沖擊復合傳感器和軸上的轉速傳感器進行轉速跟蹤采樣，同步采集振動沖擊復合傳感器所測沖擊信號或/和加速度信號，通過自適應方法提取沖擊或/和振動信號中的滾子通過承載區(qū)的信息，識別滾子間距變化，并輸出經(jīng)分析決策后的軸承故障信息。本發(fā)明不僅適用于金屬保持架軸承，也適用于非金屬保持架軸承的故障診斷。該方法無須振動、沖擊校準，適應性強，魯棒性、準確率高，能識別保持架兜孔磨損超限、保持架窗梁折斷未失、保持架窗梁折斷失落和因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的滾子亂序、保持架端圈斷裂等故障，從而實現(xiàn)軸承保持架在線實時監(jiān)測、故障診斷、預警。
【專利說明】
一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種軸承故障診斷方法，具體涉及一種識別軸承滾子間距變化的保持 架故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 保持架是軸承中的重要組成部分，主要作用是均勻地隔離各個滾子，使載荷平均 分配，同時避免滾子之間的直接接觸。按材質不同主要有低碳鋼、不銹鋼類保持架，膠木、塑 料、尼龍類保持架，黃銅、青銅、鋁合金類保持架等。
[0003] 目前，對于保持架的故障診斷方法主要是利用識別保持架理論通過頻率來判斷故 障，但由于保持架公轉頻率極低，位于頻譜圖上的最左端，容易被低頻干擾所混淆，加上工 程實際應用中數(shù)據(jù)長度的限制，使得分辨率較大，不易識別和發(fā)現(xiàn)此類故障。
[0004] 此外，當前軌道交通等領域大量使用非金屬保持架(如塑鋼保持架)軸承取代金屬 保持架軸承，使得基于金屬保持架故障或破碎物對金屬外環(huán)、內環(huán)(或其擋邊)碰撞或摩擦 而發(fā)生沖擊的故障檢測技術幾乎全部失效（如保持架理論通過頻率法、雜質引起外弧譜 法），以致在非金屬鋼保持架發(fā)生嚴重故障(保持架兜孔磨損超限、保持架窗梁折斷未失、保 持架窗梁折斷失落和軸承滾子因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序、保持架端圈斷 裂)時均不能發(fā)現(xiàn)，進而導致機器強烈振動，危及相鄰部件安全，甚至引發(fā)重大事故。因此， 迫切需要發(fā)明一種既能識別金屬保持架故障，又能識別非金屬保持架故障的新技術。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診 斷方法，該方法不僅能夠識別金屬保持架故障，也能識別非金屬保持架故障。
[0006] -種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，利用安裝在軸承座承載區(qū)的 振動沖擊復合傳感器和軸上的轉速傳感器進行轉速跟蹤采樣，同步采集振動沖擊復合傳感 器所測沖擊信號或/和加速度信號，通過自適應方法提取沖擊或/和振動信號中的滾子通過 承載區(qū)的信息，識別滾子間距變化，并輸出經(jīng)分析決策后的軸承故障信息。本發(fā)明不僅適用 于金屬保持架軸承，也適用于非金屬保持架軸承的故障診斷。該方法無須振動、沖擊校準， 適應性強，魯棒性、準確率高，能識別保持架兜孔磨損超限、保持架窗梁折斷未失、保持架窗 梁折斷失落和因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的滾子亂序、保持架端圈斷裂等故障，從 而實現(xiàn)軸承保持架在線實時監(jiān)測、故障診斷、預警。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種識別軸承滾子間距變化的保持 架故障診斷方法，包含以下步驟：
[0008] 首先，利用安裝在軸承座承載區(qū)的振動沖擊復合傳感器和軸上的轉速傳感器進行 轉速跟蹤采樣，然后，用檢測診斷計算機同步采集振動沖擊復合傳感器所測沖擊信號S(i) 或/和振動加速度信號V(i)，最后，用安裝在檢測診斷計算機中識別軸承滾子通過承載區(qū)間 距變化值編制的保持架故障診斷專家系統(tǒng)軟件，識別保持架兜孔磨損超限、保持架窗梁折 斷未失、保持架窗梁折斷失落和軸承滾子因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序、保持 架端圈斷裂，從而實現(xiàn)軸承保持架故障在線實時監(jiān)測、診斷、預警。
[0009] -種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特征在于:所述識別軸承 滾子間距變化異常的方法是，在運轉中，在保持架攜帶滾子逐個通過軸承承載區(qū)而軸承的 內、外環(huán)和滾子沒有故障時，因主要由單個滾子承受載荷而使軸承的外環(huán)產生應變應力而 導致振動；當存在外環(huán)故障或雜質時，則主要因滾子逐個通過外環(huán)故障的突變應力而導致 振動或/和沖擊，通過所測沖擊信號或/和振動加速度信號中含有的由滾子承受載荷而使軸 承的外環(huán)產生應變應力信號（以下簡稱"滾子應力信號"，如果可以直接獲取應力信號，則等 效于振動加速度信號），當保持架正常時，即各個滾子相互之間的間距只能在正常范圍內抖 動，則滾子應力信號中所反應的相鄰2個滾子通過承載區(qū)的間隔Lo、允許的極限兜孔間隙 dou、軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d的函數(shù)為：
[0010] Abs(L〇-L)<dou (1)
[0011] 式中，Abs ()為求取絕對值函數(shù)，L為滾子的平均間距:L = Do X Ji/Z;
[0012] 則有識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為：
[0013] Lo>L+dou (2)
[0014] 或 L〇〈L-dou (3)〇
[0015] 進一步的技術方案在于:識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)信號之方法為：
[0016] A，對所獲取的沖擊信號S( i)或/和振動加速度信號V( i)按保留保持架信號最大整 周期數(shù)點數(shù)Nb進行截取后，進行傅里葉變換，得到相應的沖擊頻譜FS(i)或/和振動頻譜FV ⑴；
[0017] B，對沖擊頻譜FS(i)或/和振動頻譜FV( i)按保留自動搜索滾子應力信號頻率fw對 應譜號Pf、Pf左右1階保外邊頻譜號Pb進行頻域濾波（即保留譜號Pf、Pf-Pb和Pf+Pb)，通過 整周期時域回歸（即傅里葉逆變換），得到滾子應力信號XS(i)或/和XV(i);
[0018] C，對滾子應力信號XS(i)或/和XV(i)，獲取保持架滾子通過承載區(qū)間距變化值序 列L(n)(單位為mm)，方法是:計算信號XS(i)或/和XV(i)的所有極大值點對應的樣本序列號 PS(n) (η的總長度等于保持架最大整周期數(shù)Y乘滾子數(shù)Z)，從而計算出各個滾子相繼通過承 載區(qū)域相鄰滾子的間距變化值序列L(n)，其計算方法如下：
[0019] 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率fs(例如fs = 200fn)，采樣點數(shù)N(例如N=2048)，軸承的關 鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d、接觸角α，則有：
[0020] 由于軸以轉頻fn轉動，采樣頻率為fS(例如fs = 200fn)，則軸轉動一周的采樣點數(shù) 為M = fs/fn(例如M = 200);而滾子應力信號頻率fw= (D〇-dcosa)*fn/(2Do)，即滾子通過外 環(huán)承載區(qū)的間距對應的采樣點數(shù)DS為：
[0021 ] DS = fs/fw = fs/( (D〇-dcosa)*fn/(2Do))
[0022] DS所對應的滾子間距L = Do*3i/Z
[0023] 設實際相鄰滾子間距對應的采樣點數(shù)為x(n)=PS(n)-PS(n-l)
[0025] D，單樣本報警策略：
[0026] 根據(jù)識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為：
[0027] 根據(jù)式（2) Lo>L+dou 或根據(jù)式(3) Lo〈L-dou
[0028] 則有報警函數(shù)為
[0029] L(n)>L+dou (5)
[0030] 或 L(n)〈L-dou (6)
[0031] 若樣本存在最大整數(shù)個Y(例如Y = 4)的保持架周期，有X(〈 = Y)個周期存在兜孔間 隙超差信息，
[0032] 則預警函數(shù)為:BJ=(X-l)/Y> = 0.50^l^:Y = 4，X = 3，BJ = 0.50)，^l^n:Y = 8，X = 5,BJ = 0.50)
[0033] 則一級報警函數(shù)為:^=04)/^ = 0.75^1^4 = 4^ = 4,81 = 0.75),^1^4 = 8,X = 7,BJ = 0.75)；
[0034] E，綜合報警策略之一:若單樣本報警策略發(fā)現(xiàn)預警，則連續(xù)監(jiān)測L = 6次(包括當前 單樣本預警的樣本）;若有Μ次單樣本預警和N次單樣本一級報警，
[0035]則綜合預警函數(shù)為：
[0036] BJ=((M-1)+2N)/L> = 0.5,（例如：L = 6，M = 2，N=1，BJ = 0.50)
[0037] 則綜合一級報警函數(shù)為：
[0038] BJ=((M-l)+2N)/L> = 5/6，^|^n:L = 6，M = 2，N=2，BJ = 5/6)
[0039] F，綜合報警策略之二:若單樣本報警策略發(fā)現(xiàn)一級報警，則連續(xù)監(jiān)測L = 6次(包括 當前單樣本一級報警的樣本）；若有Μ次單樣本預警或一級報警，
[0040] 則綜合預警函數(shù)為：
[0041] BJ=((M-1)+2N)/L> = 0.5,（例如：L = 6，M = 2，N=1，BJ = 0.50)
[0042] 則綜合一級報警函數(shù)為：
[0043] 8了=((]?-1)+2~)/1> = 5/6，（例如丄=6，]\1 = 2，~=2,8了 = 5/6)
[0044] 進一步的技術方案在于:保持架最大整周期數(shù)Y及保留保持架信號最大整周期數(shù) 點數(shù)Nmi?的計算方法如下：
[0045] 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率fs(如fs = 200fn或fs = 400fn，fn為轉頻），采樣點數(shù)N(如N = 4096)，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d、接觸角α，計算保持架公轉周 期所包含點數(shù)Nb:
[0047] 計算保持架最大整周期數(shù)Y = fix(length(S(i))/Nb)SY = fix(length(V(i))/ Nb)式中，fix表示向0方向取整(如fix(4.9) =4，fix(4.1) =4); length表示取數(shù)據(jù)總點數(shù)；
[0048] 保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的方法是:對所獲取的沖擊信號S(i)或/和 振動加速度信號V (i)進行截取前Y X Nb點，即Nmax = Y X Nb。
[0049] 進一步的技術方案在于：滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf的自動搜索的方法如 下：
[0050] 輸入跟蹤采樣頻率€8(如€8 = 200;1；'11或€8 = 400;1；'11，;1；'11為轉頻），數(shù)據(jù)點數(shù)1'1111￡?(如'￡? =4000 )，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d、接觸角α，計算滾子應力信號 頻率f對應譜號Pf:
[0052] 式中roundO表示四舍五入取整；
[0053]計算1階保外譜號Pb:
[0055] 根據(jù)沖擊頻譜FS(i)或/和振動頻譜FV(i)，從譜號Pf-3到譜號Pf+3對應的信號頻 譜幅值Af( j) (j = 1，2......7)搜索最大值Pmax及對應譜號Pfmax，若Pfmax不等于Pf且Pmax* 7/sum(Af(j))>2(其中sum表示求和），則更新譜號Pf = Pmax，否則不更新譜號Pf〇
[0056] 進一步的技術方案在于:整周期時域回歸的方法如下：
[0057]整周期時域回歸理論是為了精準識別傅里葉變換譜號而特別提出的一種信號處 理方法，是指根據(jù)所需提取的特征頻率對應的周期時間長度或周期點數(shù)，對原始待分析信 號進行按保留最大整周期數(shù)截斷處理，利用頻域濾波，對頻譜結構進行處理后(如剔除導致 引入干擾的頻率成分)利用逆傅里葉變換（相位信息保留不變)得到經(jīng)過處理后的時域信 號，達到提取或消除干擾信號的目的。
[0058]所述整周期時域回歸具體方法是:按得到的自動搜索后的譜號Pf，重新計算1階保 外譜號Pb，同時計式(9)得到的保外譜號Pb為Pbo,式(7)得到的保持架公轉周期所包含點數(shù) Nb 為 Nbo:
[0060]更新得到的保持架公轉周期所包含點數(shù)Nb、保持架最大整周期數(shù)Y及保留保持架 信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax:
[0062] 重新計算保持架最大整周期數(shù)Y = f ix(length(S(i ) )/Nb)或Y = f ix(length(V (i))/Nb)
[0063] 重新保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的方法是:對所獲取的沖擊信號S(i) 或/和振動加速度信號v( i)進行截取前Y X Nb點，即Nmax = Y X Nb。
[0064] 進一步的技術方案在于:保留滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf、滾子應力信號頻 率f譜號Pf左右1階保外譜號Pb進行頻域濾波（即保留譜號Pf、Pf-Pb和Pf+Pb)，其特征在于： 正常情況下，軸承中所有滾子按頻率fw等間距通過承載區(qū)，其頻譜特征是頻率fw或其對應 譜號Pf，當某個滾子間隔出現(xiàn)異常時，會對頻率fw進行頻率調制(相位抖動），調制頻率即為 保持架公轉頻率，即左右1階保外譜號pb，故保留譜號Pf、Pf_Pb和Pf+Pb等同于提取各滾子 通過承載區(qū)間距變化特征。
[0065] 進一步的技術方案在于：識別保持架兜孔磨損超限之方法，等同于兜孔間隙大于 極限兜孔間隙dou的報警方法，識別保持架窗梁折斷未失之方法，等同于折斷窗梁處相鄰2 個滾子間隔增加至2倍dou，符合大于dou的報警方法，識別保持架窗梁折斷失落和識別軸承 滾子因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序之方法，等同于部分滾子兜孔間隙大于極限 兜孔間隙dou，識別保持架端圈斷裂之方法，等同于斷裂處的滾子允許更大的兜孔間隙，故 保持架的此類故障均符合步驟2之報警方法。
[0066] 一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，既能識別金屬保持架故障， 也能識別非金屬保持架故障，其技術特征在于:本發(fā)明所利用方法為識別軸承滾子通過承 載區(qū)間距變化，與保持架本身材質無關，只需滾子與軸承外環(huán)滿足金屬材質。
[0067] 采用上述技術方案所產生的有益效果在于：
[0068] (1)本發(fā)明所需信號源可用沖擊，也可用振動，也包括同時利用沖擊和振動，該方 法無須振動、沖擊校準，適應性強；
[0069] (2)所述方法中采用整周期回歸理論，消除現(xiàn)場數(shù)據(jù)長度有限、非整周期造成頻譜 泄露及其與傅里葉頻率分辨率之矛盾，可大大提高滾子應力信號譜號的精準性；
[0070] (3)所述方法中采用滾子應力信號頻率fw譜號Pf的自動搜索的方法，允許實際采 樣過程的跟蹤誤差、軸承運轉過程的局部打滑等外界干擾因素，方法具有較高魯棒性；
[0071] (4)所述方法中采用單樣本報警和綜合報警相結合的策略，保證故障識別的準確 率，有效減小誤判。
【附圖說明】
[0072] 圖1-1為識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法示意圖；
[0073] 圖2-1為單根窗梁折斷失落機械仿真模型；
[0074] 圖2-2為單根窗梁折斷失落原始信號V(i);
[0075] 圖2-3為按最大整周期截取后信號；
[0076]圖2-4為整周期時域回歸后滾子應力信號XV(i);
[0077] 圖2-5為滾子通過承載區(qū)間距變化值L(n)及本發(fā)明方法識別結果；
[0078] 圖2-6為保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序原始信號V(i);
[0079] 圖2-7為滾子通過承載區(qū)間距變化值L(n)及本發(fā)明方法識別結果。
【具體實施方式】
[0080]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0081] 1、本實施例是利用機械仿真軟件模擬行轉速跟蹤采樣(如圖2-1單根窗梁折斷失 落），獲取滾子通過外環(huán)應力信號，有效性等同于振動加速度信號V(i)如圖2-2,其中fs = 400f η，N=8000，允許的極限兜孔間隙dou = 3mm。
[0082] 2、當保持架正常時，即各個滾子相互之間的間距只能在正常范圍內抖動，則滾子 應力信號中所反應的相鄰2個滾子通過承載區(qū)的間隔Lo、允許的極限兜孔間隙dou、軸承中 徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d的函數(shù)為：
[0083] Abs(L〇-L)<dou (1)
[0084] 式中，Abs ()為求取絕對值函數(shù)，L為滾子的平均間距:L = Do X Ji/Z;
[0085] 則有識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為：
[0086] Lo>L+dou (2)
[0087] 或 Lo〈L_dou (3)〇
[0088] 3、識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)信號之方法為：
[0089] A，按圖1-1所示示意圖，對所獲取的振動加速度信號V(i)按保留保持架信號最大 整周期數(shù)點數(shù)Nb進行截取后，進行傅里葉變換，得到相應的振動頻譜FV(i)，如圖2-3;
[0090] B，對振動頻譜FV(i)按保留自動搜索滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf、Pf左右1階 保外邊頻譜號Pb進行頻域濾波（即保留譜號Pf、Pf-Pb和Pf+Pb)，通過整周期時域回歸（即傅 里葉逆變換），得到滾子應力信號XV( i)，如圖2-4;
[0091] C，對滾子應力信號XV(i)，獲取保持架滾子通過承載區(qū)間距變化值序列L(n)(單位 為mm)，方法是:計算信號XV(i)的所有極大值點對應的樣本序列號PS(n)(n的總長度等于保 持架最大整周期數(shù)Y乘滾子數(shù)Z)，從而計算出各個滾子相繼通過承載區(qū)域相鄰滾子的間距 變化值序列L(n)，其計算方法如下：
[0092] 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率f s = 400fn，采樣點數(shù)N=8000，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑 0〇 = 227_、滾子數(shù)2=15、滾子直徑(1 = 34111111、接觸角€[ = 0，則有：
[0093]由于軸以轉頻fn轉動，采樣頻率f s = 400fn，則軸轉動一周的采樣點數(shù)為M = fs/fn =400;而滾子應力信號頻率€￥=(0〇-(1〇〇8€[)村11/(20())，即滾子通過外環(huán)承載區(qū)的間距對應 的采樣點數(shù)DS為：
[0094] DS = fs/fw = fs/( (D〇-dcosa)*fn/(2Do))
[0095] DS所對應的滾子間距 L = Dq*jt/Z = 47· 5428mm
[0096] 設實際相鄰滾子間距對應的采樣點數(shù)為x(n)=PS(n)-PS(n-l)
[0098]如圖 2-4;
[0099] D，單樣本報警策略：
[0100] 根據(jù)識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為：
[0101] 根據(jù)式(2)Lo>L+dou 或根據(jù)式(3)Lo〈L-dou
[0102] 則有報警函數(shù)為
[0103] L(n)>L+dou (5)
[0104] 或 L(n)〈L-dou (6)
[0105] 樣本存在最大整數(shù)個Y = 8的保持架周期，有8個周期存在兜孔間隙超差信息，
[0106] 則一級報警函數(shù)為:^=(84)/^ = 7/1
[0107] 4、保持架最大整周期數(shù)Y及保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的計算方法如 下：
[0108] 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率f s = 400fn，采樣點數(shù)N=8000，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑 Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d、接觸角α，計算保持架公轉周期所包含點數(shù)Nb:
[0110]計算保持架最大整周期數(shù) Y = fix(length(V(i))/Nb)=fiX(8000/941)=8;
[0111 ] 式中，fix表示向0方向取整(如fix(4.9) = 4，fix(4.1)=4); length表示取數(shù)據(jù)總 點數(shù)。
[0112]保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的方法是：對所獲取的振動加速度信號V (士）進行截取前丫><他點，8卩'》= ￥\他=7528。
[0113] 5、滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf的自動搜索的方法如下：
[0115] 式中roundO表示四舍五入取整；
[0116] 計算1階保外譜號Pb:
[0118] 根據(jù)振動頻譜FV( i)，從譜號Pf-3到譜號Pf+3對應的信號頻譜幅值Af (j) (j = 1， 2......7)搜索最大值Pmax及對應譜號Pfmax，若Pfmax不等于Pf且Pmax*7/sum(Af (j) )>2(其 中sum表示求和），則更新譜號Pf = Pmax，否則不更新譜號Pf，本實例中Pf = Pmax，不更新。
[0119] 綜上所述，步驟(3)得到滾子通過承載區(qū)間距變化值L(n)如圖2-5所示，按照允許 dou = 3mm計算，樣本存在最大整數(shù)個Y = 8的保持架周期，有8個周期存在兜孔間隙超差信 息，則報警函數(shù)為:BJ=(8-l)/8 = 0.875,輸出一級報警。
[0120] 圖2-6為機械仿真軸承滾子因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序原始信號， 圖2-7本發(fā)明方法識別結果，樣本存在整數(shù)個Y = 8的保持架周期，有8個周期存在兜孔間隙 超差信息，則報警函數(shù)為:BJ=(8-l)/8 = 0.875,輸出一級報警。
【主權項】
1. 一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟： 首先，利用安裝在軸承座承載區(qū)的振動沖擊復合傳感器和軸上的轉速傳感器進行轉速 跟蹤采樣，然后，用檢測診斷計算機同步采集振動沖擊復合傳感器所測沖擊信號s(i)或/和 振動加速度信號v(i)，最后，用安裝在檢測診斷計算機中識別軸承滾子通過承載區(qū)間距變 化值編制的保持架故障診斷專家系統(tǒng)軟件，識別保持架兜孔磨損超限、保持架窗梁折斷未 失、保持架窗梁折斷失落和軸承滾子因保持架窗梁連續(xù)大量失落而發(fā)生的亂序、保持架端 圈斷裂，從而實現(xiàn)軸承保持架故障在線實時監(jiān)測、診斷、預警。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特征 在于，所述識別軸承滾子間距變化異常的方法是，在運轉中，在保持架攜帶滾子逐個通過軸 承承載區(qū)而軸承的內、外環(huán)和滾子沒有故障時，因主要由單個滾子承受載荷而使軸承的外 環(huán)產生應變應力進而導致振動；當存在外環(huán)故障或雜質時，則主要因滾子逐個通過外環(huán)故 障的突變應力而導致振動或/和沖擊，通過權利要求1所測沖擊信號或/和振動加速度信號 中含有的由滾子承受載荷而使軸承的外環(huán)產生應變應力信號，當保持架正常時，即各個滾 子相互之間的間距只能在正常范圍內抖動，則滾子應力信號中所反應的相鄰2個滾子通過 承載區(qū)的間隔Lo、允許的極限兜孔間隙dou、軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直徑d的函數(shù)為： Abs(Lq-L)〈dou (1) 式中，AbsO為求取絕對值函數(shù)，L為滾子的平均間距:L = DoXVZ; 則有識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為： Lo>L+dou (2) 或 Lo〈L_dou (3)〇3. 根據(jù)權利要求2所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特征 在于，識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)的信號之方法為： A，對所獲取的沖擊信號S(i)或/和振動加速度信號V(i)按保留保持架信號最大整周期 數(shù)點數(shù)Nb進行截取后，進行傅里葉變換，得到相應的沖擊頻譜FS( i)或/和振動頻譜FV( i); B，對沖擊頻譜FS( i)或/和振動頻譜FV( i)按保留自動搜索滾子應力信號頻率fw對應譜 號Pf、Pf左右1階保外邊頻譜號Pb進行頻域濾波，通過整周期時域回歸，得到滾子應力信號 XS(i)S/^PXV(i); C，對滾子應力信號XS(i)或/和XV(i)，獲取保持架滾子通過承載區(qū)間距變化值序列L (n)，單位為mm，方法是:計算信號XS(i)或/和XV(i)的所有極大值點對應的樣本序列號PS (η)，n的總長度等于保持架最大整周期數(shù)Y乘滾子數(shù)Z，從而計算出各個滾子相繼通過承載 區(qū)域相鄰滾子的間距變化值序列L(n)，其計算方法如下： 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率fs，采樣點數(shù)N，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直 徑d、接觸角α，則有： 由于軸以轉頻fn轉動，采樣頻率為fs，則軸轉動一周的采樣點數(shù)為M = fs/fn;而滾子應 力信號頻率fw=(D〇-dC〇sa)*fn/(2DO)，即滾子通過外環(huán)承載區(qū)的間距對應的采樣點數(shù)DS 為： DS = fs/fw = fs/( (DO_dcosa)*fn/(2Do)) DS所對應的滾子間距L = Do*3i/Z 設實際相鄰滾子間距對應的采樣點數(shù)為x(n)=PS(n)-PS(n-l)D，單樣本報警策略： 根據(jù)識別軸承滾子間距變化異常的報警函數(shù)為： 根據(jù)式(2) Lo>L+dou 或根據(jù)式(3) Lo〈L_dou 則有報警函數(shù)為 L(n)>L+dou (5) 或L(n)〈L_dou (6) 若樣本存在最大整數(shù)個Y的保持架周期，有X個周期存在兜孔間隙超差信息，x〈=Y， 則預警函數(shù)為:BJ= (Χ-1 )/Υ> = 0 · 50， 則一級報警函數(shù)為:BJ= (Χ-1 )/Υ> = 0.75; E，綜合報警策略之一:若單樣本報警策略發(fā)現(xiàn)預警，則連續(xù)監(jiān)測L = 6次;若有M次單樣 本預警和N次單樣本一級報警， 則綜合預警函數(shù)為： BJ=((M-1)+2N)/L> = 0.5， 則綜合一級報警函數(shù)為： BJ=((M-l)+2N)/L> = 5/6， F，綜合報警策略之二:若單樣本報警策略發(fā)現(xiàn)一級報警，則連續(xù)監(jiān)測L = 6次;若有M次 單樣本預警或一級報警， 則綜合預警函數(shù)為： BJ=((M-1)+2N)/L> = 0.5， 則綜合一級報警函數(shù)為： BJ=((M-l)+2N)/L> = 5/6〇4. 根據(jù)權利要求1或3所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特 征在于，保持架最大整周期數(shù)Y及保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)N max的計算方法如下： 根據(jù)輸入跟蹤采樣頻率fs，采樣點數(shù)N，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、滾子直 徑d、接觸角α，計算保持架公轉周期所包含點數(shù)Nb:計算保持架最大整周期數(shù) Y = fix(length(S(i))/Nb)SY = fix(length(V(i))/Nb) 式中，fix表示向0方向取整;length表示取數(shù)據(jù)總點數(shù)； 保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的方法是:對所獲取的沖擊信號S(i)或/和振動 加速度信號V(i)進行截取前YXNb點，即Nmax = YXNb。5. 根據(jù)權利要求1或3所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特 征在于，滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf的自動搜索的方法如下： 輸入跟蹤采樣頻率fs，最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax，軸承的關鍵參數(shù):軸承中徑Do、滾子數(shù)Z、 滾子直徑d、接觸角α，計算滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf:式中roundO表示四舍五入取整； 計算1階保外譜號Pb:根據(jù)沖擊頻譜FS(i)或/和振動頻譜FV(i)，從譜號Pf-3到譜號Pf+3對應的信號頻譜幅 值Af (j) (j = 1，2......7)搜索最大值Pmax及對應譜號Pfmax，若Pfmax不等于Pf且Pmax*7/sum (Af( j)) >2，其中sum表示求和，則更新譜號Pf = Pmax，否則不更新譜號Pf。6. 根據(jù)權利要求1或3所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，其特 征在于，整周期時域回歸的方法如下： 整周期時域回歸理論是為了精準識別傅里葉變換譜號而特別提出的一種信號處理方 法，是指根據(jù)所需提取的特征頻率對應的周期時間長度或周期點數(shù)，對原始待分析信號進 行按保留最大整周期數(shù)截斷處理，利用頻域濾波，對頻譜結構進行處理后利用逆傅里葉變 換得到經(jīng)過處理后的時域信號，達到提取或消除干擾信號的目的； 所述整周期時域回歸具體方法是:按得到的自動搜索后的譜號Pf，重新計算1階保外譜 號Pb，同時計式(9)得到的保外譜號Pb為Pbo,式(7)得到的保持架公轉周期所包含點數(shù)Nb為 Nbo：更新得到的保持架公轉周期所包含點數(shù)Nb、保持架最大整周期數(shù)Y及保留保持架信號 最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax:重新計算保持架最大整周期數(shù) Y = fix(length(S(i))/Nb)SY = fix(length(V(i))/ Nb) 重新保留保持架信號最大整周期數(shù)點數(shù)Nmax的方法是:對所獲取的沖擊信號S(i)或/和 振動加速度信號V (i)進行截取前Y X Nb點，即Nmax = Y X Nb。7. 根據(jù)權利要求1或3所述的一種識別軸承滾子間距變化的保持架故障診斷方法，保留 滾子應力信號頻率fw對應譜號Pf、滾子應力信號頻率fw譜號Pf左右1階保外譜號Pb進行頻 域濾波，即保留譜號Pf、Pf_Pb和Pf+Pb，其特征在于，正常情況下，軸承中所有滾子按頻率fw 等間距通過承載區(qū)，其頻譜特征是頻率fw或其對應譜號Pf，當某個滾子間隔出現(xiàn)異常時，會 對頻率fw進行頻率調制，調制頻率即為保持架公轉頻率，即左右1階保外譜號Pb，故保留譜 號Pf、Pf-Pb和Pf+Pb等同于提取各滾子通過承載區(qū)間距變化特征。
【文檔編號】G01M13/04GK106017927SQ201610330761
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】李修文, 唐德堯
【申請人】唐智科技湖南發(fā)展有限公司