专利名称：一种滚动轴承磨损的识别方法
技术领域：
本发明属于机械故障监测和诊断方法的研究领域，特别涉及一种基于瞬时能量法进行轴承早期磨损状态的识别方法。
背景技术：
滚动轴承的外圈安置在轴承座孔中，内圈与传动轴相联接，随轴一起转动。如果滚动轴承本身有故障，当轴以一定转速并在一定载荷作用下运转时，对轴承和轴承座或外壳组成的振动系统产生激励，产生振动。这个振动包括外部激励和轴承内部结构、安装、装配误差引起的内部激励形成的综合激励系统。为了从振动信号中有效分离出轴承运行故障，需要首先克服大的噪声背景下轴承微弱故障特性信息的提取，其次不同转速工况下轴承特征频率变化和相应带宽，最后研究有效提取故障信息的方法。高速重载滚动轴承的表面磨损随工作时间的长短逐渐加剧，是一种渐变性故障， 轴承表面磨损后产生的振动具有相应特征频率，同时磨损后振动水平(幅值)明显高于正常轴承。因此振动的加剧和超限也可以初步判别轴承的运行状况。轴承故障特征频率一般在低频(IkHz)以下，但是由于表面损伤冲击作用会诱发的轴承系统的高频固有振动成分，例如轴承外圈的径向弯曲固有振动。基于特征频率和其谐波分析的瞬时特征频率、谐波以及背景噪声组成了滚动体磨损的总特征，为此建议采用瞬时特征区谐波谱能量方法监测磨损的发生、发展和趋势。磨损的背景噪声幅值大小与转速大小相关，另外也代表磨损的发生和发展过程。背景噪声来源相互摩擦的物体摩擦产生的振动噪声和由于摩损后间隙增大引起整个系统噪声级增大，带来大范围的谐波成分我们称之为子带，因此可以通过计算磨损对应的特征频率所在的子带范围内噪声级的大小来判别磨损的过程。高速重载的轴承如航空发动机的中介轴承，中介轴承是高压转子和低压转子之间起到支撑作用的部件，若中介轴承发生故障轻者系统振动增大，重者转子抱死发动机空中停车。中介轴承的工作原理是依靠主动套圈与滚子之间所产生的拖动力带动滚动体和保持架部件运转实现转动。轴承在磨损过程中，频谱图上相继会出现轴承故障频率及其谐波。随着磨损加剧，在轴承故障频率及其谐波处会出现边频，当轴承磨损发生及发展时，特有的频率会被噪声所代替。旁瓣将成为这些故障的唯一标记(低速情况下)。边频和故障频率组成的频带形成峰丘状，俗称“干草堆”。“草堆效应”是指草堆会随着故障恶化而逐渐增大，因此可以通过“草堆”的能量来衡量故障程度。本发明即是基于此种思路而产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种滚动轴承磨损的识别方法，其可根据瞬时能量大小来判断滚动轴承的磨损，具有在线实时性、能够衡量磨损程度的特点。为了达成上述目的，本发明的解决方案是
一种滚动轴承磨损的识别方法，包括如下步骤(I)计算轴承在不同工作阶段的特征频率；(2)对轴承振动测试信号进行短时傅里叶变换，得到傅里叶变换频谱图；(3)设置频段，使用积分法求取该频段能量作为轴承特征频率的计算瞬时能量；(4)分别计算一段时间内实际瞬时能量与正常工况下的瞬时能量；(5)以正常工况所在的瞬时能量大小为基线，设定阈值，比较判断磨损的趋势和轴承损坏的程度。上述步骤(I)中，所述特征频率包括如下参数滚动体自转频率
权利要求
1.一种滚动轴承磨损的识别方法，其特征在于包括如下步骤 (1)计算轴承在不同工作阶段的特征频率； (2)对轴承振动测试信号进行短时傅里叶变换，得到傅里叶变换频谱图； (3)设置频段，使用积分法求取该频段能量作为轴承特征频率的计算瞬时能量； (4)分别计算一段时间内实际瞬时能量与正常工况下的瞬时能量； (5)以正常工况所在的瞬时能量大小为基线，设定阈值，比较判断磨损的趋势和轴承损坏的程度。
2.如权利要求I所述的一种滚动轴承磨损的识别方法，其特征在于所述步骤(I)中，所述特征频率包括如下参数 滚动体自转频率
3.如权利要求I所述的一种滚动轴承磨损的识别方法，其特征在于所述步骤(3)中，划分频率段，随着磨损的出现，该特征频率附近出现谐波成分
4.如权利要求3所述的一种滚动轴承磨损的识别方法，其特征在于所述步骤(4)中，对选带滤波后成分的傅里叶变换STFTh在频域积分，得到瞬时能量
5.如权利要求I所述的一种滚动轴承磨损的识别方法，其特征在于所述步骤(5)中，所述阈值的设定方法是将正常工况下瞬时能量大小的平均值加上其2倍方差得到。
全文摘要
本发明公开一种滚动轴承磨损的识别方法，包括如下步骤(1)计算中介轴承在不同工作阶段的特征频率；(2)对轴承振动测试信号进行短时傅里叶变换，得到傅里叶变换频谱图；(3)设置频段，使用积分法求取该频段能量作为轴承特征频率的计算瞬时能量；(4)分别计算一段时间内实际瞬时能量与正常工况下的瞬时能量；(5)以正常工况所在的瞬时能量大小为基线，设定阈值，比较判断磨损的趋势和轴承损坏的程度。此种识别方法可根据瞬时能量大小来判断滚动轴承的磨损，具有在线实时性、能够衡量磨损程度的特点。
文档编号G01M13/04GK102788695SQ20121024916
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者唐林牧, 岳林, 李俊虎, 陆凤霞 申请人:南京航空航天大学