滚动轴承是各种旋转机械中应用最为广泛的一种机械部件,也是最易损坏的元件之一。旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关,滚动轴承工作性能的好坏直接影响到整台机器的工作性能。据统计,在使用滚动轴承的旋转机械中,由于滚动轴承损坏而引起的故障约占30%。

因此,对滚动轴承工作状态的监测及其故障诊断技术的研究工作越来越受到人们的重视。目前已有较多的专门针对滚动轴承的故障诊断技术,如CSl( Emerson)的 Peakvue, Entek( RockwelAutomation)的gSE,SKF的ESP(包络)等,都是比较有效的检测手段。

Peakvue技术原理

Peakvue技术是艾默生的专利技术(美国专利号:689553), Peakvue是捕捉给定时间间隔里时域波形峰值的振动信号分析方法。当出现金属之间发生摩擦或撞击时,就会产生应力波。早期的疲劳剥落、齿轮和轴承缺陷、摩擦磨损和冲击等等都会产生应力波。高级专利技术 Peak Vue正是采集和监测这些短暂的应力波,获得应力波的峰值及其出现的频率,并转换为频谱进行分析。对于一般的采样过程,采样时间间隔通常由分析带宽决定,遵循采样定理。对绝大多数分析仪或数据采集器来说该时间为(2.56 X imax)的倒数。然而, Peak Vue采用了高速采样技术,对于高通滤波后的信号每秒钟的采样点数量固定为10万个。之后再对这些峰值(波形)进行采样和处理,得到 Peakvue波形和频谱。

Peakvue技术的优点

相对于其他诊断技术如调制解调等, Peak Vue技术具有以下优点1) Peakvue的时域波形真实反映了设备的冲击,从时域波形的幅值就可以判断出故障的严重程度2)跟踪 Peakvue趋势就可以准确判断设备的故障是否严重,何时需要维修;3) Peakvue技术并不限于中频范围,它可以监测高速和极低转速(如每分钟几转的滚动轴承)的冲击故障,因此对于分析低速设备的轴承故障来说极为准确有效。

RockwelAutomation

峰能量(gSE)指滚动体撞击微裂纹和缺陷所产生的振动能量的尖峰。振尖峰能量是这种重复的瞬态机械撞击所产生的能量强度的度量:利用加速度传感器在一定的高频范围内检测測振动能量。在这一高频范围内,机械冲击能量会激起加速度传感机器结构的自振频率这些响应频率作为载波频率与滚动轴承的故暲频率调制。冲击能量的强度是脉冲振幅和重复率的函数,由此冲击引起能由加速度传感器并且由独特的过滤和检波电路加以处理,信号测量的大表示为所以当滚动轴承出现故障时,其所产生的脉冲能量所激发的振能量会明显增大。因此,尖峰能量在滚动轴承状态监测中非常有效果。

不平衡、不对中和机械松动等旋转机械常见故障频率信号总是体现在机械转速频率并且集中在中低频段(5Khz滚动轴承和齿轮等出现剥落裂纹、锈蚀、压痕、内外圏、保持架故障时,其运转过程生非常尖锐的时域脉冲信号gSE采用高通滤波滤除一些低频率的振动信号,即不平衠等故障频率信号,而保留高频率的滚动轴承故障信号分析。将滤波信号通过一个峰峰值波器,输出信号是一锯齿信号波形。对这一锯齿形信号做进一步处理,可得到峰值能量的通频幅值(gSE值)和峰值能量谱(gSE频谱)

由gSE谱可以确地看到滚动轴承缺陷部障频率,gSE谱中最大幅值谱线对应的频率f即是轴承出现故障部件的故暲频率,比较标故障特征频率外圏BPFI内圏BSF滚动体保持架),就可以判断出轴承出现故障的部分。

包络

包络分析是故障诊断中最有效的方法之一。它可以清楚地指示故障的位置以及严重程度。包络分析法主要是通过选取有用的共振频率区,通过滤波、平移、变换,获得包合故障频率的低频包络信号,对此包络信号进行频谱分析即可诊断出故障,亦称包络解调。包络调解把与故障有关的信号从高频调制信号中调解出来,从而避免与其他低频干扰的混淆,具有很高的诊断可靠性和灵敏度包络分析法的分析步骤是:

1、比较正常与故障信号功率谱,找出差值最大点,作为截取频段的依据。

2、画出故障信号的频谱图,根据功率谱所截取的频段对频谱图进行滤波移位。

3、对所截取的信号幅值上翻倍、补零，长度变为两倍。

4、将复频域信号变换到时域。

5、将时域信号做傅里叶变换到频域。

6、提高频域分辨率，做细化谱。