[发明专利]一种滚动轴承外圈缺陷全尺寸定量诊断方法

说明书

本发明公开了一种滚动轴承外圈缺陷全尺寸定量诊断方法，首先基于冲击时间差对实测信号进行初步诊断，获得外圈缺陷的基本尺寸和可选尺寸。再建立轴承系统非线性动力学模型，通过数值求解获得各缺陷尺寸对应的垂‑平同步仿真振动信号。针对缺陷角位置在270°的情况，分别对实测信号及各可选缺陷尺寸时的仿真信号进行傅里叶变换获得相应的幅值谱，并求解实测信号的最小诊断参数Min|Δf_N|，进而诊断出外圈缺陷尺寸。针对缺陷角位置处于250°～290°的情况，则基于垂‑平同步标准差建立外圈缺陷全尺寸定量诊断标准数据库，通过确定实测信号垂‑平同步标准差的归属区间，进而诊断出外圈缺陷尺寸。

技术领域

本发明公开了一种滚动轴承外圈缺陷全尺寸定量诊断方法，属于轴承故障诊断技术领域。

背景技术

滚动轴承是各种机械设备中应用最广泛的零部件，其运行状态良好与否将直接关系到整台设备的安全运行。据相关统计,旋转机械故障中大约有30％是由轴承故障引起的,而滚动轴承故障中大约有90％是由外圈和内圈故障引起的。因此，研究轴承故障诊断技术对尽早发现故障，避免灾难性事故产生，保证设备正常安全有序运行具有十分重要的意义。

目前轴承故障定量诊断方法主要是通过振动加速度信号中的双冲击差来估算缺陷尺寸大小。若已知外圈缺陷尺寸比滚珠角间距小即小缺陷，通过冲击时间差的方法便能够估算出缺陷尺寸的大小。但是，随着故障轴承继续运行，缺陷尺寸会不断扩展，当缺陷尺寸大于滚珠角间距即大缺陷时，缺陷尺寸之间相差n倍滚珠角间距的大小缺陷具有相同的冲击时间差。在这种情况下，仅通过冲击时间差方法进行诊断缺陷尺寸大小，将很容易混淆这些缺陷，导致将大缺陷误诊成小缺陷，又或者是将小缺陷误诊成大缺陷，使最终诊断结果不精确可靠。能够区分这些缺陷尺寸是一些行业的目标，比如铁路行业，为了使轴承充分利用又确保安全，轴承一旦出现微小缺陷并不会马上更换而是随着缺陷的逐渐扩展直到缺陷达到一定的尺寸，这个尺寸通常比滚珠角间距大；此时，应用冲击时间差技术将无法正确诊断出外圈缺陷尺寸。为避免由于误诊导致不可估量的损失以及克服原有诊断方法的不足，使得诊断结果准确方便有效，因此，解决如何快速、准确地区分出尺寸相差滚珠角间距整数倍的缺陷问题具有重要的理论分析和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有诊断方法存在的不足，避免上述误诊问题的继续发生而导致不可估量性的灾难后果，同时确保诊断故障轴承外圈缺陷尺寸结果准确有效。本发明首先根据实测信号初步获得缺陷可选尺寸，再通过与实际工况相符的轴承模型仿真不同尺寸下的振动加速度结果，基于数据结果的对比研究与统计，提出了一种滚动轴承外圈缺陷全尺寸定量诊断方法，采用此方法进行诊断的故障轴承外圈缺陷尺寸结果是非常准确有效的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种滚动轴承外圈缺陷全尺寸定量诊断方法，该方法包括以下步骤：

步骤1初步诊断滚动轴承外圈缺陷的基本尺寸和可选尺寸，

将一对振动加速度传感器分别安装至轴承座的水平测点和垂直测点，测取轴承系统含故障时的垂直方向振动加速度信号a_y(t)和水平方向振动加速度信号a_x(t)；将垂直方向振动加速度信号a_y(t)和水平方向振动加速度信号a_x(t)导入至计算机，绘制垂直方向振动加速度信号a_y(t)的时域波形图，以时域波形图中的低频冲击点为起点，高频冲击点为终点，量取双冲击时间间隔ΔT，则诊断出外圈缺陷的基本尺寸Δφ_b为：

Δφ_b＝360ΔTf_c (1)

其中，f_c为保持架转频，初步诊断外圈缺陷的n个可选尺寸为：