一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法，屬于故障診斷技術與信號處理分析技術領域。本發(fā)明使用電荷放大器對加速度傳感器采集的故障滾動軸承原始振動信號進行放大處理；對放大處理后的原始振動信號進行AR預白化處理，然后再利用結合譜峭度的MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲取故障沖擊特征明顯的振動信號；對故障沖擊特征明顯的振動信號進行Hillbert變換，構建包絡信號；提取大于閾值的包絡信號中的沖擊特征位置信息；計算保持架轉速；根據保持架轉速，計算轉軸的轉速。本發(fā)明比其他轉速提取方法更加簡單，有效；既避免了工況條件對轉速采集設備安裝的限制，又節(jié)約了轉速提取成本。
【專利說明】
一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的 方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法，屬于 故障診斷技術與信號處理分析技術領域。
【背景技術】
[0002] 受電壓波動和載荷變化等因素的影響，運行中的旋轉機械會出現轉速變化，準確 有效的轉速測量，有利于旋轉機械設備的狀態(tài)監(jiān)測和后續(xù)的故障診斷分析。
[0003] 階比分析是處理旋轉機械不平穩(wěn)信號的一種重要手段。階比采樣作為階比分析中 的一個重要環(huán)節(jié)，對升、降速階段的旋轉機械振動信號需要進行跟蹤濾波。目前，常用的跟 蹤濾波方法有基于硬件的濾波方法和基于軟件的濾波方法(如基于Garbor變換的方法）。前 者不僅需要專用的轉速計完成轉速的監(jiān)測，而且需要相應的數據采集裝置，但實際工況條 件下，許多設備難以安裝轉速計，不能直接獲取轉速信號，對該方法的應用造成了極大的不 便;后者克服了硬件不便安裝這一不足，使用時頻分布的瞬時頻率得到所需要軸的轉速信 息，在頻率分辨率較高的情況下具有很高的精度，但在頻率分辨率低的情況下，分析精度受 限，且分析過程復雜，易受干擾。
[0004] 本發(fā)明所提出的方法通過滾動軸承故障沖擊特征提取轉速，在滾動軸承故障狀態(tài) 下，為階比分析中的跟蹤濾波提供了一種簡單有效的轉速提取方法，也為旋轉機械設備故 障狀態(tài)下的轉速監(jiān)測提供了一個不錯的選擇。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法，在 滾動軸承故障狀態(tài)下，不需要通過轉速計獲取轉速信息，也不需要運用復雜的時頻分析方 法，僅通過故障沖擊特征的位置信息即可有效提取轉速信息。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是:一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的 方法，所述方法的具體步驟如下：
[0007] Stepl、使用電荷放大器對加速度傳感器采集的故障滾動軸承原始振動信號進行 放大處理；
[0008] Step2、對放大處理后的原始振動信號進行AR預白化處理，然后再利用結合譜峭度 的MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲取故障沖擊特征明顯的振動 信號；
[0009] Step3、對步驟Step2所得信號進行Hillbert變換，構建包絡信號；
[0010] Step4、提取大于閾值的包絡信號中的沖擊特征位置信息；
[0011] Step5、首先確定滾動軸承旋轉一圈產生的沖擊特征個數為N，然后任意選取其中 任一沖擊特征i，并記錄其沖擊特征位置信息h，接下來找出第i+N次沖擊特征位置信息 T1+N，最后運用以下公式計算保持架轉速f。：
[0012] f〇 = fs/(Ti+N-Ti)
[0013] 式中，fs為采樣頻率；
[0014] Step6、根據保持架轉速，計算轉軸的轉速fr:
[0016]式中，d為滾動體直徑，D為滾動軸承節(jié)徑，a為接觸角。
[0017]所述步驟Stepl中，原始振動信號為時域信號。
[0018]所述步驟Step4中，沖擊特征位置信息是指沖擊特征對應的采樣點數(在對應的采 樣時間上，結合采樣頻率確定的采樣點數）。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1、滾動軸承故障狀態(tài)下，本發(fā)明所提出的轉速提取方法比其他轉速提取方法更加 簡單，有效。
[0021 ] 2、本發(fā)明從故障滾動軸承振動信號中直接提取轉速信息，對于轉速波動較大的場 合，可運用于階比跟蹤濾波，通過相關信號分析完成故障特征的提取。
[0022] 3、本發(fā)明所述轉速提取方法，不需要安裝轉速計等轉速采集設備，既避免了工況 條件對轉速采集設備安裝的限制，又節(jié)約了轉速提取成本。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明方法步驟流程圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實施例3中放大后的滾動軸承外圈故障原始振動信號；
[0025] 圖3是本發(fā)明圖2降噪后截取的降噪信號；
[0026] 圖4是本發(fā)明圖3經包絡變換后提取的包絡信號。
【具體實施方式】
[0027] 實施例1:如圖1-4所示，一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速 的方法，所述方法的具體步驟如下：
[0028] Stepl、使用電荷放大器對加速度傳感器采集的故障滾動軸承原始振動信號進行 放大處理；
[0029] Step2、對放大處理后的原始振動信號進行AR預白化處理，然后再利用結合譜峭度 的MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲取故障沖擊特征明顯的振動 信號；
[0030] Step3、對步驟Step2所得信號進行Hi 1 lbert變換，構建包絡信號；
[0031] Step4、提取大于閾值的包絡信號中的沖擊特征位置信息；
[0032] Step5、首先確定滾動軸承旋轉一圈產生的沖擊特征個數為N，然后任意選取其中 任一沖擊特征i，并記錄其沖擊特征位置信息h，接下來找出第i+N次沖擊特征位置信息 T1+N，最后運用以下公式計算保持架轉速f。：
[0033] f〇 = fs/(Ti+N-Ti)
[0034] 式中，fs為采樣頻率；
[0035] Step6、根據保持架轉速，計算轉軸的轉速fr:
[0037]式中，d為滾動體直徑，D為滾動軸承節(jié)徑，a為接觸角。
[0038]所述步驟Stepl中，原始振動信號為時域信號。
[0039]所述步驟Step4中，沖擊特征位置信息是指沖擊特征對應的采樣點數。
[0040] 實施例2:如圖1-4所示，一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速 的方法，所述方法的具體步驟如下：
[0041] Stepl、使用電荷放大器對加速度傳感器采集的故障滾動軸承原始振動信號進行 放大處理；
[0042] Step2、對放大處理后的原始振動信號進行AR預白化處理，然后再利用結合譜峭度 的MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲取故障沖擊特征明顯的振動 信號；
[0043] Step3、對步驟Step2所得信號進行Hillbert變換，構建包絡信號；
[0044] Step4、提取大于閾值的包絡信號中的沖擊特征位置信息；
[0045] Step5、首先確定滾動軸承旋轉一圈產生的沖擊特征個數為N，然后任意選取其中 任一沖擊特征i，并記錄其沖擊特征位置信息h，接下來找出第i+N次沖擊特征位置信息 T 1+N，最后運用以下公式計算保持架轉速f。：
[0046] f〇 = fs/(Ti+N-Ti)
[0047]式中，fs為采樣頻率；
[0048] Step6、根據保持架轉速，計算轉軸的轉速fr:
[0050]式中，d為滾動體直徑，D為滾動軸承節(jié)徑，a為接觸角。
[0051 ]實施例3:如圖1-4所示，一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速 的方法，所述方法的具體步驟如下：
[0052] 具體參數如下：1)選用6205型滾動球軸承，節(jié)徑大小為38.5mm，滾動體直徑為 7.938111111，滾動體數目為9個，接觸角為0°;2)故障類型為外圈剝落故障；3)使用祖1^89215 數據采集卡和DH-5853電荷放大器進行高頻采樣，設定轉速為9.77Hz; 4)采集實施例中選用 的傳感器為壓電式加速度傳感器。
[0053] Stepl、使用加速度傳感器和電荷放大器采集外圈剝落故障滾動軸承的時域原始 振動信號，如圖2所示；
[0054] Step2、對原始振動信號進行降噪處理:本發(fā)明首先對原始振動信號進行AR預白化 處理，然后再利用結合譜峭度的MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲 取故障沖擊特征明顯的振動信號，如圖3所示；
[0055] Step3、對步驟Step2所得信號進行Hillbert變換，構建包絡信號，所得包絡信號中 故障沖擊特征十分明顯，如圖4所示；
[0056] Step4、選取閾值0.1對包絡信號中的故障沖擊特征信息進行提取。滾動軸承中任 意滾動體沿外滾道滾過一圈的時間為其對應的第一次沖擊特征和第二次沖擊特征之間的 時間間隔。因為這里使用到的滾動軸承，滾動體個數為9個，外圈剝落故障且靜止不動，故滾 動軸承隨轉軸旋轉一圈時，同一滾動體產生的第一次沖擊特征和第二次沖擊特征之間還會 出現另外8個滾動體產生的沖擊特征，也就是任意選取10個沖擊特征就可以計算出滾動軸 承旋轉一圈所用時間。從提取所得的23個故障沖擊特征中任意選擇10個故障沖擊特征即可 求出滾動軸承保持架的轉速。這里選取第1，2，10個故障沖擊特征進行展示，如表1所示。 [0057]表1雙沖擊特征信息提取
[0059] S t e p 5、求取第1次沖擊特征與第10次沖擊特征之間的時間間隔，計算結果為 26206.63點，由間隔時間計算滾動軸承的保持架速度，計算過程如下：
[0060] f 〇 = f s/ (Ti+N-Ti) = 102433/26206.63 = 3.909 (Hz)
[0061 ] Step6、由步驟Step5可得，保持架轉速f c為3.909Hz，又根據已知條件可得，接觸角 (滾動體與滾道之間的夾角)a為0°，滾動體直徑d為7.938mm，滾動軸承節(jié)徑D為38.5mm，計算 得轉軸旋轉速度f r為9.84Hz，與設定轉速9.77Hz相比有誤差，這是由于設定轉速為平均速 度，而轉軸旋轉時受載荷變化，電壓變化等因素會造成局部轉速波動，故該結果是可靠的。 該步驟計算過程表示如下。
[0063] 滾動軸承滾道剝落故障狀態(tài)下，本發(fā)明所提出的轉速提取方法比其他轉速提取方 法更加簡單、有效。本發(fā)明從故障滾動軸承振動信號中直接提取轉速信息，對于轉速波動較 大的場合，可運用于階比跟蹤濾波，通過相關信號分析完成故障特征的提取。本發(fā)明所述轉 速提取方法，不需要安裝轉速計等轉速采集設備，既避免了工況條件對轉速采集設備安裝 的限制，又節(jié)約了轉速提取成本。
[0064] 上面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述 實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權項】
1. 一種通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法，其特征在于:所述 方法的具體步驟如下： Stepl、使用電荷放大器對加速度傳感器采集的故障滾動軸承原始振動信號進行放大 處理； Step2、對放大處理后的原始振動信號進行AR預白化處理，然后再利用結合譜峭度的 MED濾波方法對預白化信號中的故障沖擊特征進行增強，獲取故障沖擊特征明顯的振動信 號； Step3、對步驟Step2所得信號進行Hillbert變換，構建包絡信號； Step4、提取大于閾值的包絡信號中的沖擊特征位置信息； Step5、首先確定滾動軸承旋轉一圈產生的沖擊特征個數為N，然后任意選取其中任一 沖擊特征i，并記錄其沖擊特征位置信息h，接下來找出第i+N次沖擊特征位置信息T1+N，最 后運用以下公式計算保持架轉速f c: fc = fs/(Ti+N-Ti) 式中，fs為采樣頻率； Step6、根據保持架轉速，計算轉軸的轉速fr:式中，d為滾動體直徑，D為滾動軸承節(jié)徑，a為接觸角。2. 根據權利要求1所述的通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法， 其特征在于:所述步驟Stepl中，原始振動信號為時域信號。3. 根據權利要求1所述的通過滾動軸承滾道剝落故障對應沖擊特征提取轉速的方法， 其特征在于:所述步驟Step4中，沖擊特征位置信息是指沖擊特征對應的采樣點數。
【文檔編號】G01P3/00GK106053871SQ201610588941
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610588941.0, CN 106053871 A, CN 106053871A, CN 201610588941, CN-A-106053871, CN106053871 A, CN106053871A, CN201610588941, CN201610588941.0
【發(fā)明人】郭瑜, 康偉, 伍星, 傘紅軍, 高貫斌, 陳慶, 賀瑋
【申請人】昆明理工大學