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滚动轴承故障诊断技术的发展概况
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

随着科学技术的不断发展,一些新的监测技术不断出现并应用于滚动轴承的工况监测与诊断中,例如:声发射技术、光纤技术等。但是由于种种原因和局限性,这些技术真正普及应用于实际的滚动轴承故障诊断还有一段距离。

1.3  滚动轴承故障诊断技术的发展概况

滚动轴承的故障诊断技术大概开始于20世纪60年代。最原始的轴承故障诊断方法是将听音棒接触轴承部位,依靠听觉来判断有无故障。后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用振动位移、速度或加速度的均方根值来判断轴承有无故障。随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究,对于轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解,加之快速傅立叶变换(FFT)技术的发展,开创了用频域分析法来检测和诊断轴承故障的有效途径。在几十年的发展时间里,各种方法与技巧不断产生、发展和完善,应用的领域不断扩大,诊断的有效性不断提高.总的来说,滚动轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段:

第一阶段:利用低频信号接收法诊断阶段

20世纪60年代中期,由于快速傅立叶变换(FFT)技术的出现(1965年)和发展,低频信号接收法得到了很大的发展。低频信号接收法是将轴承上由传感器检测到的宽频信号直接进行频谱分析,或者信号经过低通滤波,去除高频成分后在作频谱分析,从频谱上观察主要谱峰。如果某一谱峰对应的频率与理论计算轴承元件的间隔频率相一致,则表示该元件上存在故障。这种方法对于低频成分能量较大,外来干扰较小的信号,理论上说应该是可行的,但实际运行中的轴承,因为故障冲击的能量很小,而轴承、齿轮的工艺误差诱发的振动能量比它要大得多。因此,直接利用低频信号接收法得到的谱图往往谱线密集,模糊不清,很难鉴别出故障信号。目前很少直接用这种方法去识别轴承故障,有些仅是用这种频谱来确定轴承元件的固有频率。

第二阶段:利用冲击脉冲法诊断阶段

60年代末期,首先由瑞典SPM仪器公司开发出冲击脉冲计,根据冲击脉冲的最大幅值来诊断轴承故障。滚动轴承在运转中,如果滚动体接触点进入表面缺陷区(剥落、裂纹、凹坑和高低不平的粗糙区),就将发生低频冲击,并且以不连续的冲击脉冲波形式传递到轴承座上。虽然冲击脉冲波形很快被衰减下去,累积的能量很小。然而,在这个冲击力作用下,轴承元件或结构的某一部分可能被激发起它的固有频率。尽管冲击脉冲的重复频率远低于轴承的固有频率,但只要这个冲击产生的高阶频率落在轴承固有频率的通带内,也会激起轴承系统的共振现象。共振的高频波中包含了低频冲击和随机干扰的幅值调制波,经过窄带滤波和包络检波后的信号幅值大小就反映了冲击力的大小,也就反应了滚动轴承工作表面的故障状况。

第三阶段:利用共振解调法诊断阶段

共振解调法也称为包络检波频谱分析法。1974年,美国波音公司的DR Harting发明了一项叫做“共振解调分析系统”的专利,这就是我国现在统称的“共振解调技术”的雏形。共振解调法与冲击脉冲法的基本原理类似,但能做到更精确的诊断。冲击脉冲法只能给出轴承损伤程度的指标,一般来说并不能判断轴承的损伤部位;而共振解调法不仅能判断轴承的损伤程度,还可以通过频谱分析指示出轴承的损伤部位。共振解调法也是利用轴承或检波系统作为谐振体,把故障冲击产生的高频共振响应波放大,通过包络检测方法变为具有故障特征信息的低频波形,然后采用频谱分析法找出故障的特征频率(间隔频率),从而确定故障的类型以及故障发生在轴承的哪一元件上。

共振解调法适用于轴承故障的早期诊断。因为早期故障非常轻微,它引起的冲击脉冲强度非常小,所以其振动响应信号的故障特征很不明显,用一般方法很难辨别出来。采用共振解调技术由于放大(谐振)和分离(带通滤波)了故障特征信号,极大地提高了信噪比,所以能比较容易地诊断出故障来。

第四阶段:开发以微机为中心的滚动轴承故障诊断系统阶段

20世纪90年代以来,随着微机技术迅猛发展,开发以微机为中心的滚动轴承故障诊断系统引起了国内外研究者的重视。微机信号分析和故障诊断系统不但具有灵活性高,适应性强,易于维护和升级的特点,而且易于推广和应用。

1.4  滚动轴承故障诊断技术的发展方向

近些年,故障诊断的新技术和新方法层出不穷,人工智能和计算机在轴承故障诊断中的应用越来越广泛,今后的发展方向主要体现在以下方面:

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