基于Hilbert共振解调法的滚动轴承振动故障诊断

科 技 创 新
２ ｏ １ ４ 年 第 ４ 期Ｉ 科技创新与应用
基于Ｈ ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｔ 共振解调法的滚动轴承振动故障诊断
事代表 室， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ４ ）
摘 要： 采 用基 于 Ｈ ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｔ 变 换 的共振 解调 技 术 ， 从 共 振信 号 中解调 出故 障 特征 信 号 ， 对 故 障特 征 频 率进 行 分析 ， 并 经过 实验 诊 断 出轴承故障类型和部位 ， 验证 了该损伤诊断方法的优越性。 关键 词 ： 滚 动轴 承 ； 故 障诊 断 ； 共振 解调 技 术 １ ８ ０ ａ ｒ ｍ， 滚 动体 个 数 ｚ ＝ ｌ １ ， 接触 角 ａ ＝ ０ 。用手 持式 转 速计 测 得 主轴 转 １概 述 ４ ４ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 即轴 频 为 ｆ ￣ ＝ １ ２ ． ４ ０ Ｈ 。 滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种机械部件 ， 它的 速 ７ 外圈故障特征频率的计算公式为 ： 运行状态影响整台机器的性能， 包括精度 、 可靠性等。同时它也是机 器中最易损坏的元件之一。由于轴承使用 寿命的离散性很大 ， 若对 （ １ ） 其按设计寿命进行定时维修更换 ， 则有可能使故障轴承得不到及时 内 圈故 障特 征频 率 的计 算 公式 为 ： 维修和替换 ， 导致机械工作精度下降 ， 甚至引发事故 。 因此对滚动轴 承进行工况监视与故障诊断， 改传统的定时维修为视情维修或预知 ［ １ 十 ｃ 。 ｓ 】 （ ２ ） 维修， 具 有 重要 意 义口 １ 。 可以计算出外圈故障特征频率 为 ５ ７ ． ０ ９ Ｈ ｚ ， 内圈故障特征频 滚动轴承最常见的故障形式为局部损伤和磨损 ， 主要 由运转过 ９ ． ３ １ Ｈ ｚ ， 其边频带谱间隔频率为 １ ２ ． ４ ０ Ｈ ｚ ｃ 程中的腐蚀、 疲劳、 塑性变形 、 胶合引起。 局部损伤具有突发性 ， 会加 率 为 ７ 剧运行时的冲击载荷 ， 有可能在较短时间 内发展为大片剥落 ， 危害 ２ ． ３ 数据 处 理及 结 果分 析 分别对外 圈故障和内圈故 障轴承的振动实测 信号进行处理 和 很大 ， 因此力争在局部损伤出现的早期 ， 就检测到其特征信号并对 分析 。 其 进行 定 位 ３ １ 。 ２实 验 和结 果 （ １ ）滚动轴承外圈滚道有一处点蚀坑时， 所测振动信号 的时域 ２ ． １实验 设计 波形经过共振解调后的信号频谱见图 １ 。可见经过共振解调的信号 滚 动 轴 承故 障实 验 系 统 由机 械 驱动 装 置 、 轴系、 加 载装 置 、 振 动 频谱可以明显看 出故障特征频率及其倍频。 由此可看 出共振解调法 信 号 采集 系 统组 成 ， 如图２ 所 示 。机 械 驱 动装 置 为 变频 调 速 电机 及 用 于 滚 动 轴 承 局 部 损 伤 诊 断 的 有 效 性 。 在 ５ ６ ． ８ ８ Ｈ ｚ 、 １ １ ３ ． ７ ７ Ｈ ｚ 、 ７ ０ ． ６ ５ Ｈ ｚ 、 ２ ２ ７ ． ５ ４ Ｈ ｚ处 有 谱 峰 ， 与 滚 动 轴 承 外 圈 故 障 特 征 频 率 齿 轮减速 箱 ，轴转 速可在 １ ５ — ７ ４ ８ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ之 间调整 。轴 系包括直径 １ ７ ． ０ ９ Ｈ ｚ 及其 ２ 倍频 １ １ ４ ． １ ８ Ｈ ｚ 、 ３倍 频 １ ７ Ｉ ． ２ ７ Ｈ ｚ 、 ４ 倍频 ２ ２ ８ ． ３ ６ 非 常 １ ０ ０ ｍ ｍ的轴 、 １ 个推力轴承 、 １ 个 圆柱滚子轴承 和 １ 个受测 的 ６ ２ ２ ０ ５ 这 些谱 峰 的 幅值 非 常 明显 ， 周 围无边 频 带谱 ， 轴 承 点蚀 故 障 时 型深沟球轴承。 受测轴承共有三种试件 ， 分别为无故 障轴承、 外圈故 接近 。 障轴承和内圈故 障轴承（ 用 电火花加工方式分别在外 圈、 内圈上模 振动信号 出现明显的冲击振动 。 拟出点蚀坑 ） 。加载装置通过总放大倍数为 ２ ０ ０的两级杠杆 给轴承 （ ２ ）滚动轴承 内圈滚道有一处点蚀坑时， 共振解调信号频谱见 施加 ７ ０ ０ Ｏ Ｎ的径 向载荷。振动信号采集系统 由手持式转速计 、 Ｃ Ａ — 图２ 。共振解调频谱 以 ０ Ｈ ｚ （ 零倍频 ） 、 ８ ０ ． ３ ２ Ｈ ｚ 和１ ６ ０ ． ６ ４ Ｈ ｚ 为 中心 ， ２ ． ４ ５ Ｈ ｚ 为 间 隔 出现 了边 带谱 族 。其 中 ８ Ｏ ． ３ ２ Ｈ ｚ 和 １ ６ ０ ． ６ ４ Ｈ ｚ 与 内 Ｙ Ｄ 一 １ ０ ３ 加 速 度传 感 器 、 Ｄ Ｈ Ｆ 一 ７电荷 放 大器 、 凌华 Ｐ Ｃ Ｉ 一 １ ８ １ ２ 采集卡、 以１ 工 控 机组 成 。 ． 圈故 障特 征 频 率 ７ ９ ． ３ １ Ｈ ｚ 及 其 ２倍 频 １ ５ ８ ． ６ ２很 接 近 ， １ ２ ． ４ ５ Ｈ ｚ 与理 论计 算所 得 内 圈故 障边 带 谱线 间隔 １ ２ ． ４ ０ Ｈ ｚ 非 常接 近 。 ２ ． ２故障特征频率计算 ３结 束 语 文章 的实验分别模拟 了外圈单处点蚀故 障和 内圈单处点蚀故 障。 滚动轴承发生局部损伤时的特征信息 ， 通常会对轴承结构共振 ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｔ 变 换 的共振 解 调技 术 ， 从 高频 共 振 受 测 轴 承 为 型号 ６ ２ ２ ０的深 沟 球 轴 承 ，其 滚 动 体直 径 ｄ ＝ 产生 调 制作 用 。利用 基 于 Ｈ ２ ２ ． ８ ｍ ｍ， 轴 承 滚道 节 圆直 径 Ｄ ＝ １ ４ ０ ｍ ｍ， 内 圈直 径 １ ０ ０ ａ ｒ ｍ， 外 圈 直 径 信号 中将调制信号解调 出来 ， 就放大和分离 了故 障特征信息 ， 从 而 能准 确 诊 断 轴 承局 部 损 伤 。实 验 结 果 也 验证 了 １ｏｏ １ ∞ 这一 点 。从 而说 明基 于 Ｈ ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｔ 变 换 的共 振 解 调 技术 是 分 析 和监 测 滚 动 轴 承 故 障 的有 力 工 具 。 ８ Ｏ ８０