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本文簡(jiǎn)單和大家聊聊軸承振動(dòng)信號(hào)分析診斷

    軸承振動(dòng)對(duì)軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會(huì)在軸承及振動(dòng)測(cè)量中反映出來。所以，通過采用特殊的軸承振動(dòng)測(cè)量器（頻率分析器等）可測(cè)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(cè)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(duì)每臺(tái)機(jī)器的測(cè)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(cè)診斷技術(shù)有很多種，如振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、潤(rùn)滑油液分析檢測(cè)、溫度檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)等。在各種診斷方法中，基于振動(dòng)信號(hào)的診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，該技術(shù)分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法兩種。  ·簡(jiǎn)易診斷利用振動(dòng)信號(hào)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(duì)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(hào)處理方法判斷在簡(jiǎn)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(jiǎn)易診斷法   在利用振動(dòng)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷的過程中，通常是要測(cè)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(cè)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(jiǎn)易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：

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

（2）相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)：是對(duì)軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，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(cè)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(hào)的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測(cè)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(cè)。適用于所有軸承的絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)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(jiǎn)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(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值，對(duì)于軸承沖擊振動(dòng)為絕對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)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(shì)。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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)XP/Xrms值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，可以有效地對(duì)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(shì)。

·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(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，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(duì)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?hào)處理方法將特定的頻率成分分離出來，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(hào)分析法

低頻信號(hào)是指頻率低于8kHz的振動(dòng)。一般測(cè)量滾動(dòng)軸承振動(dòng)時(shí)都采用加速度傳感器，但對(duì)低頻信號(hào)都分析振動(dòng)速度。因此，加速度信號(hào)要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號(hào)，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(hào)，最后對(duì)其進(jìn)行頻率成分分析，以找到信號(hào)的特征頻率，進(jìn)行診斷。

（2）中、高頻信號(hào)解調(diào)分析法

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

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