本发明涉及机械故障诊断
技术领域：
，尤其涉及一种滚动轴承故障程度判断方法。
背景技术：
：：滚动轴承在工业中具有广泛应用，是旋转机械中最为重要的部件。因其经常工作在重载、高速、高温等恶劣环境，非常容易损坏。滚动轴承故障发展有不同的阶段，故障严重程度不高的时候，可以继续运行，如果此时进行更换，无疑增加运行成本；故障发展比较严重的时候就要及时进行维护和更换，如果处理较晚，可能引发较大事故。所以对于滚动轴承故障程度的判断尤为重要。目前，对滚动轴承存在故障的判断方法较多，但没有对故障发展程度的判断方法，且检测参数较为单一，难以准确、综合的反应滚动轴承故障发展程度。技术实现要素：：为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种滚动轴承故障程度判断方法，具体的实施方式如下。本发明实施例提供一种滚动轴承故障程度判断方法，包括以下步骤：步骤1、获取轴承振动的窄带包络谱图，根据所述窄带包络谱图得到滚动轴承的故障判定值f；步骤2、根据轴承温度计算增益系数g；步骤3、根据所述故障判定值f和所述增益系数g，判断轴承故障程度。在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：步骤11、获取滚动轴承的原始振动信号；步骤12、对所述原始振动信号分别进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，获取窄带时域波形；步骤13、对所述窄带时域波形进行hilbert变换，获取窄带包络波形；步骤14、对所述窄带包络波形进行fft变换，获取窄带包络谱图；步骤15、根据所述窄带包络谱图计算所述故障判定值f。在本发明的一个实施例中，所述窄带时域波形包括低频时域波形、中频时域波形和高频时域波形；所述窄带包络波形包括低频包络波形、中频包络波形和高频包络波形；所述窄带包络谱图包括低频包络谱图、中频包络谱图和高频包络谱图。在本发明的一个实施例中，所述步骤15包括：步骤151、对所述包络谱图中的幅值，采用冒泡排序法，查找前n个幅值及其对应的频率，将所述前n个幅值设为过度幅值,其中，n大于等于0小于等于30；步骤152、从所述过度幅值对应的频率中查找故障频率及其倍频，若找到，则反馈过度系数为1，若未找到，则反馈过度系数为0；步骤153、分别获取低频包络谱图对应的低频过度系数、中频包络谱图对应的中频过度系数和高频包络谱图对应的高频过度系数；步骤154、根据所述低频过度系数、所述中频过度系数和所述高频过度系数计算所述故障判定值f。在本发明的一个实施例中，所述步骤152之前还包括：步骤1511、设定幅值下限，筛选出大于所述幅值下限的过度幅值。在本发明的一个实施例中，所述故障频率包括：轴承外圈故障频率、轴承内圈故障频率、轴承滚动体故障频率、轴承保持架故障频率。在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：步骤21、检测轴承温度并记录；步骤22、根据所述轴承温度获取轴承的温度系数；步骤23、根据所述轴承温度和所述温度系数计算增益系数：其中，ft为温度系数，t为轴承温度。在本发明的一个实施例中，所述步骤3包括：计算轴承故障系数s：s＝g*f；根据所述轴承故障系数s判断轴承故障程度。本发明的有益效果为：本发明实施例根据轴承故障发展的特点提出了一种简单可靠的基于增益算法的滚动轴承故障程度判断方法，首先根据原始振动信号获取包络谱图，对轴承故障进行判定；然后根据温度上限对轴承温度值进行增益计算，得到增益系数；最后将故障判定值和增益系数相乘，从而判断滚动轴承故障发展程度；本技术方案克服了以往的单一地从振动信号判断故障及不能反映故障程度的不足，从轴承振动和轴承温度两方面综合考虑，提高了滚动轴承故障程度诊断的全面性、准确性和有效性，从而为设备维护提供较好的参考价值。附图说明图1是本发明实施例提供的判断方法的流程图；图2是本发明实施例中检测到的滚动轴承的原始振动信号；图3(a)为低频时域波形；图3(b)为中频时域波形；图3(c)为高频时域波形；图4(a)为低频包络波形；图4(b)为中频包络波形；图4(c)为高频包络波形；图5(a)为低频包络谱图；图5(b)为中频包络谱图；图5(c)为高频包络谱图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。实施例一如图1所示，本发明实施例提供一种滚动轴承故障程度判断方法，包括以下步骤：步骤1、获取轴承振动的窄带包络谱图，根据所述窄带包络谱图得到滚动轴承的故障判定值f；步骤2、根据轴承温度计算增益系数g；步骤3、根据所述判断结果f和所述增益系数g，判断轴承故障程度。本发明实施例提出了一种基于增益算法的滚动轴承故障程度判断方法，根据轴承故障发展的特点进行设定，首先根据轴承原始振动信号获取包络谱图，从而对轴承故障进行判定，并通过故障判定值f表示；然后根据轴承温度进行增益计算，得到增益系数g；最后将故障判定值f和增益系数g相乘，从而判断滚动轴承故障发展程度；本技术方案从轴承振动和轴承温度两方面综合考虑，提高了滚动轴承故障程度诊断的准确性和有效性。实施例二如图2-图5(c)所示，图2是本发明实施例中检测到的滚动轴承的原始振动信号；图3(a)为低频时域波形；图3(b)为中频时域波形；图3(c)为高频时域波形；图4(a)为低频包络波形；图4(b)为中频包络波形；图4(c)为高频包络波形；图5(a)为低频包络谱图；图5(b)为中频包络谱图；图5(c)为高频包络谱图。在上述实施例的基础上，本实施例对如何利用故障判定值f和增益系数g判断轴承故障程度做详细说明。本发明的滚动轴承故障程度判断方法，具体如下：第一步，如图2所示，利用振动感应器检测滚动轴承的振动频率，记为原始振动信号；第二步，对原始振动信号进行低通滤波、带通滤波和高通滤波，具体的低通滤波频率如1500hz以下；带通滤波频率如1500hz-3000hz之间；高通滤波频率如3000hz以上；如图3(a)-图3(c)所示，对应地获得低频时域波形、中频时域波形和高频时域波形；第三步，如图4(a)-图4(c)所示，利用希尔伯特(hilbert)变换分别对低频时域波形进行变换，获取低频包络波形；对中频时域波形进行变换，获取中频包络波形；对高频时域波形进行变换，获取高频包络波形；第四步，如图5(a)-图5(c)所示，利用快速傅里叶(fft)变换对第三步获取的低频包络波形进行处理，获得低频包络谱图；对中频包络波形进行处理，获得中频包络谱图；对高频包络波形进行处理，获得高频包络谱图；第五步，根据低频包络谱图、中频包络谱图和高频包络谱图对其进行分析计算故障判定值f；具体的以图5(c)所示的高频包络谱图为例进行说明，对高频包络谱图进行最大幅值搜索，每个最大幅值代表一个尖峰能量，采用冒泡排序法对高频包络谱图中的幅值进行排序，找出排序在前n个的幅值及其对应的频率，该些筛选出来的前n个幅值，即为过度幅值，n大于等于0小于等于30；本发明实施例中，n取值为20。对筛选出来的这20个幅值进行再筛选，具体是设定幅值下限，利用该幅值下限对已经选出的20个幅值进行再次筛选，大于该幅值下限的保留，并反馈该幅值及其对应频率，小于该幅值下限的则舍弃，并反馈none；这样做的目的是为了过滤噪声信号。在风机
技术领域：
中，幅值下限一般设为0.02g；需要说明的是，当不需要进行噪声过滤时，默认幅值下限为0；而具体的是否需要过滤噪声，是根据经验进行设定的。经过冒泡排序和再筛选之后，会得到一组包含多个幅值及其对应频率的二维数组，如表3所示，即高频幅值集合表；同样的，如表1所示，通过对低频包络谱图采用上述方法进行处理，可以获得低频幅值集合表；如表2所示，对中频包络谱图进行处理，则获得中频包络谱图。表1低频幅值集合表编号(hz,g)编号(hz,g)编号(hz,g)编号(hz,g)1(none,none)6(none,none)11(none,none)16(none,none)2(none,none)7(none,none)12(none,none)17(none,none)3(none,none)8(none,none)13(none,none)18(none,none)4(none,none)9(none,none)14(none,none)19(none,none)5(none,none)10(none,none)15(none,none)20(none,none)表2中频幅值集合表编号(hz,g)编号(hz,g)编号(hz,g)编号(hz,g)1(125.2,0.4128)6(3.0,0.1085)11(163.9,0.0603)16(348.7,0.0361)2(187.8,0.3622)7(375.5,0.0993)12(152.0,0.0572)17(390.4,0.0365)3(62.6,0.2365)8(95.4,0.0956)13(223.5,0.0421)18(566.2,0.0256)4(312.9,0.2152)9(438.1,0.0767)14(280.1,0.0403)19(414.3,0.0230)5(250.3,0.1260)10(38.7,0.0722)15(500.8,0.0407)20(479.8,0.0231)表3高频幅值集合表编号(hz,g)编号(hz,g))编号(hz,g)编号(hz,g)1(62.6,0.0556)6(113.2,0.0213)11(none,none)16(none,none)2(17.9,0.0271)7(816.6,0.0183)12(none,none)17(none,none)3(35.8,0.0269)8(125.2,0.0192)13(none,none)18(none,none)4(77.5,0.0258)9(754.0,0.0157)14(none,none)19(none,none)5(47.7,0.0229)10(none,none)15(none,none)20(none,none)进一步的，从筛选出来的过度幅值中查找故障频率或者故障频率的倍频，具体的，故障频率包括轴承外圈故障频率bpfo、轴承内圈故障频率bpfi、轴承滚动体故障频率bsf、轴承保持架故障频率ftf；其中，轴承外圈故障频率bpfo＝轴承外圈故障系数*转频；轴承内圈故障频率bpfi＝轴承内圈故障系数*转频；轴承滚动体故障频率bsf＝轴承滚动体故障系数*转频；轴承保持架故障频率ftf＝轴承保持架故障系数*转频；转频＝转速÷60。本发明实施例中，轴承外圈故障系数、轴承内圈故障系数、轴承滚动体故障系数和轴承保持架故障系数根据不同型号的轴承进行选择，本发明实施例中，轴承外圈故障系数取值为3.161；轴承内圈故障系数取值为4.839；轴承滚动体故障系数取值为2.280；轴承保持架故障系数取值为0.395。仍然以图5(c)所示的高频包络谱图为例进行说明，计算出轴承的四个故障频率：轴承外圈故障频率bpfo、轴承内圈故障频率bpfi、轴承滚动体故障频率bsf、轴承保持架故障频率ftf，在上述筛选出来的高频幅值集合表中分别查找该四个故障频率及其倍频，例如，轴承外圈故障频率bpfo为62.6hz，经过比对可知，高频幅值集合表中第1组合第8组数据分别是轴承外圈故障频率和其2倍频，据此，反馈高频过度系数为1；同样的，对低频幅值集合表进行查找，经过比对，未找到，反馈低频过度系数为0；对中频幅值集合表进行查找，经过比对，发现第1组、第2组、第3组和第15组分别是轴承外圈故障频率的2倍频、3倍频、1倍频和8倍频，据此反馈中频过度系数为1；根据低频、中频和高频的判定结果为(0,1,1)。本发明实施例中，结合低频过度系数、中频过度系数和高频过度系数，根据滚动轴承故障发展不同阶段的特征，这样就存在六种结果，针对每一种情形设定一个故障判定值f，具体如表4所示，根据上述举例而言，当判定结果为(0,1,1)时，则故障判定值f＝3。表4轴承故障判定表故障判定值f故障时期低频中频高频1无0002早期0013早中期0114中期1115中后期1106后期100需要说明的是，本发明实施例是对轴承外圈故障频率bpfo、轴承内圈故障频率bpfi、轴承滚动体故障频率bsf、轴承保持架故障频率ftf分别对比，无论四个参数中的哪一个参数在高频(或者低频或者中频)集合表中找到，均反馈高频(或者低频或者中频)过度系数为1；当四个参数在集合表中均未查找到对应的频率或者倍频，那么则反馈高频(或者低频或者中频)过度系数为0；进一步的，本发明实施例中，根据轴承温度计算增益系数g具体的：首先根据温度传感器检测轴承温度，并进行记录；滚动轴承寿命与轴承温度之间的关系为公式(1)：其中lh为轴承寿命，n为转速，ft为温度系数，c为基本额定动载荷，fp为载荷系数，p为轴当量动载荷，ε为轴寿命系数，t为轴承温度；ft的取值满足表5。根据公式(1)可以看出，轴承寿命与轴承温度密切相关，温度越高，温度系数越低，轴承的寿命越短，故障的发展程度越严重。表5温度系数表工作温度<120125150175200225250300ft10.950.90.850.80.750.70.6根据公式(2)可以计算得到增益系数g，需要说明的是，本发明实施例中，轴承故障处于中期之前的状态，轴承的温度一般不会发生较大变化，也即轴承温度不会超过温度报警值，温度报警值根据经验设置，本实施例中，温度报警值为120°。而当轴承故障处于中期之后，那么轴承温度升温，超过温度报警值。在前述故障判定值f＝3的基础上，举例而言，轴承温度不超过温度报警值，也即t小于等于120°，此时增益系数g＝1。最后，本发明实施例中，滚动轴承故障判定值f与增益系数g的乘积即为轴承故障系数：s＝g*f。当计算出轴承故障系数s后，根据预设的轴承故障系数与故障评判表能够获知轴承的故障程度，如表6所示。在上述故障判定值f＝3，增益系数g＝1的基础上，s＝g*f＝1*3＝3，根据表6可知，轴承处于故障产生阶段。那么工作人员可以据此判断出轴承故障程度较轻，不会影响其正常工作，不需要对轴承进行维修和更换。一般情况下，s的取值范围为1-60，s值越大代表故障发展越严重。表6s结论1-3故障产生阶段4-10故障发展阶段10-22故障严重阶段22-60故障危险阶段工作人员根据轴承故障系数获知轴承的磨损或者故障程度，从而更好地判断是否需要维修或者更换，也使工作人员能够对轴承的实时状态有更好的了解，从而避免因轴承故障引发重大事故。本发明提供的基于增益算法的滚动轴承故障程度判断方法，克服了以往单一从振动信号判断故障及不能反映故障程度的不足，从轴承振动和温度两方面综合考虑，能够全面、准确、有效地反映故障程度，从而为设备维护提供较好的参考价值。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。当前第1页12