楊磊

（哈爾濱電（diàn）氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱　150066）

　　【摘　要】本文根據滾動軸承故障的產生原（yuán）因進行了一係列的分析和研究，提出了滾動軸承故障特征（zhēng）信息的提取方法。研究表明，滾動軸承故障會（huì）導致軸承座或其他部件的共振現象，在對軸承振動信號進行了科學的FFT分析之後，完全可以自動的提取對於滾動軸承的故障（zhàng）特征信（xìn）息。通過對滾動軸承的振動（dòng）信號加以分析之後，我們可以方（fāng）便快捷的檢查和（hé）診斷出滾動軸承是否（fǒu）存在故障（zhàng）問題（tí）。

　　【關鍵（jiàn）詞】滾動軸承；故障；提取

　　一、引言

　　滾動軸承由於其自（zì）身的良好（hǎo）特點在（zài）旋轉機械當（dāng）中的應用非常普遍，但（dàn）滾動軸承有時（shí）會產生一定的故（gù）障，會對整個機械的正常運（yùn）行（háng）造（zào）成影響，所以我們應當通過一定的技術手段及時的發（fā）現（xiàn）和處理滾動軸承的故障。振動診斷法可以有效的檢測出滾動軸承的運行狀況，使（shǐ）得對滾動軸承的故障檢測更加（jiā）簡單方便。小波包分析法也是（shì）一個新興的強大（dà）分析方法，它的優點是可以同步的（de）分析振（zhèn）動信號的時域和頻域信息。本文對如如何及時的發現滾（gǔn）動軸（zhóu）承的故障，保障機械的正（zhèng）常運行提出一些切（qiē）實可行的診斷方法以供參考。

　　二、滾動軸承故障特征

　　對於滾動軸承，當軸承的滾子、內圈、外圈存在局部不規（guī）則損傷，如剝落、點蝕（shí）、裂紋等時，在軸承運（yùn）轉過程中（zhōng），軸承的其他零件必然會間斷地撞擊故障部位，產生衝（chōng）擊，從而激起軸承座或（huò）其他機械零部件產生共振，形成一係列衝擊振動。實測的軸（zhóu）承振動信（xìn）號中，除了損（sǔn）傷引起的衝擊振（zhèn）動，還包含大量的其他振動信號。對於僅有早期故障的軸承，由（yóu）損傷引起的衝擊信號極其微弱，被（bèi）正常的振動信號所淹沒（méi），直接對振動（dòng）信號（hào）作頻譜分析根本無法檢測出來。振動信號（hào）頻譜（pǔ）還具有（yǒu）兩（liǎng）個明顯的特點，一個是就留存了所有強烈衝擊之後的頻率（lǜ）成分；另一個是（shì）在譜圖當中清晰的顯（xiǎn）示了高頻的共振峰群，因為軸承座與其它的機（jī）械零（líng）件同樣有著相當高的固有頻率，所以（yǐ）共振反應的圖譜峰群（qún）都將會顯現到高（gāo）頻區域。一（yī）般情況（kuàng）下，振動（dòng）信號裏麵都不含有高頻成分，那麽衝擊產生的高頻固有振動會受到正常振動信號對其造成的幹擾較小。所以對衝擊產生的高頻固有（yǒu）振（zhèn）動分析之後，將（jiāng）會是對故障特征（zhēng）信息進（jìn）行提取的一種非常方便的有效手段。

　　三、包（bāo）絡檢測（cè）原理（lǐ）

　　包絡檢測利用共振的特性來（lái）提取埋藏於（yú）正常（cháng）振動信（xìn）號中的故障衝擊（jī）信息。如上所述，由於正常振（zhèn）動信號不含高（gāo）頻（pín）分量，而滾動軸承故障衝擊中則含有。因此（cǐ），可利（lì）用一個高頻的、正常振動信號的頻率達不到的（de）諧振係統，剔除正常振動（dòng）信號、響（xiǎng）應衝擊激勵，實現衝擊信息的提取。為此通常把傳感器拾取的（de）信號放（fàng）大，然後經過中心頻率等於壓電加速度計諧振頻率的帶（dài）通濾波（bō）器濾波，再經包絡檢波器的檢波，就（jiù）得（dé）到與故障衝擊發生頻率相（xiàng）同的低頻信號，對此信號進行頻譜分析，可以很容易診斷軸承故障發生（shēng）的部（bù）位，這就是包絡（luò）檢測的基本原理。

　　四、小波包算法

　　小波包分析為信號提供了一種非常精細的分析（xī）方法。它可以對頻帶以內（nèi）的全部信號正（zhèng）交分解，在分析了信號特（tè）點之後，可以自動的選取配套的頻帶，並且會起到提高時頻分辨率的效（xiào）果，所以（yǐ）小波包分析法的應用非常方便有效，而且（qiě）將會越（yuè）來越廣泛（fàn）。小波包分析法的顯著優點就是可以靈活提取全部頻段（duàn）或者部分頻段的（de）信（xìn）息內容，清除不需要的其它頻段信息並重構提取信號，所（suǒ）以分解過程中隻要做到有用信號與幹擾信（xìn）號分開並分解到不同頻段就可以。所以小波包的重構能力以及抗幹擾非（fēi）常強，會有效（xiào）提取有用信號，頻率漂移對它的（de）影響都（dōu）非常有限（xiàn）。所以我們可以使用小波包分析法來提取（qǔ）滾動軸承的高頻共振來分析故障是否產生。

　　五、滾動軸承故障（zhàng）特（tè）征信息的提取

　　振動加速度傳感（gǎn）器測量的（de）軸承信號經過前置信號調理（lǐ）器預處理後直接送入計算機進行A/D轉換。計算機（jī）對A/D信號的（de）處（chù）理過程需要進行小波包（bāo）分解和FFT分析，這種手段方便簡單（dān），完全可以達到（dào）對（duì）軸承高頻共振頻帶自動（dòng）識別的效果。計（jì）算機分析高（gāo）頻的共振頻帶之後，分解采樣信（xìn）號便可以自動提取共振頻（pín）帶係數，之後進行一係列（liè）的重構，便提取到了高頻共振頻帶信號。經（jīng）過對共振頻帶信號（hào）的FFT分析以及包絡檢測之後，我們（men）可以及時準確的診斷出滾動軸承的故障（zhàng）。

　　1、一般的軸承壓電加速度計係統所具有的高頻共振（zhèn）頻帶是不變的。通常情況下，可（kě）以將壓電加速（sù）度計以螺紋連接的方法安裝到（dào）軸承座（zuò）或者箱體，這樣一來加速度計自身頻（pín）率會達到12千（qiān）赫茲以上，這種頻率（lǜ）的振（zhèn）動已經不含有低頻振動了。實驗顯示（shì），一般（bān）軸承振動信號在產生了多個共振譜峰的時候（hòu），使用高共振頻率的壓電加速度計來進行帶通濾波調解，可（kě）以及時的診（zhěn）斷出軸承故障。完（wán）全可以使用計算機軟件識別（bié）軸承振動信號頻譜圖當中（zhōng）出現的高頻共振峰，其識（shí）別需要遵循以下情（qíng）況，頻率達（dá）到了12千赫茲，高頻共振頻帶的共振峰與工作頻率（lǜ）成正比，使用包絡檢測處（chù）理手段得到的信號信噪比會更好。

　　2、高頻共振頻帶的（de）自動識別過程，不（bú）一（yī）定每次測試分析都（dōu）得進（jìn）行。對（duì）於一個具體（tǐ）的軸承―壓（yā）電加速度（dù）計係統來說，隻需要在次測（cè）試分析時進行高頻共振頻（pín）帶的自動識別，讓計算機自動記住該共振頻帶，以後再對該軸承―壓電（diàn）加速度（dù）計係統進行測試（shì）分析時，就（jiù）不必進行高頻共振頻帶的自動識（shí）別。這種處理方法可（kě）節約計（jì）算機機時。而此方法在計算機（jī）軟件中是容易實現的。

　　3、小波包（bāo）的（de）分（fèn）解（jiě）層數盡量不（bú）要（yào）太多，因為太多會加重計算機的計算負擔。隻（zhī）要（yào）達（dá）到可以將高頻共振頻帶和其它幹擾信（xìn）號分解分配到不同頻段的效果就行（háng）。在分析了振動信號（hào）取樣頻率和共振頻帶中心頻率以及帶寬之後再決定小波包（bāo）應當分解的分解層數。

　　4、在滾（gǔn）動軸承振動（dòng）信號的小波包分析（xī）中，采用（yòng）Daubechies函數作為小波函數。損（sǔn）傷引起的滾動軸承振動（dòng）信（xìn）號呈一衰減振蕩形狀。Daubechies小波函數能較（jiào）好地適應（yīng）滾動軸承振動信號的這一特征。為了（le）更好地突出這一特征，從而（ér）能從混有大量背（bèi）景噪聲（shēng）的振動信號中很好地檢測出損傷故障。

　　5、在包絡檢波之後，一（yī）般要對包絡信號進行重采樣，再作FFT分析。對包絡信號進行重采樣的目（mù）的是降低采樣頻率，以提高信號的頻率分辨率。

　　六、結束語

　　綜上（shàng）所述，本文依據（jù）滾動軸承的特點，采用了小包（bāo）波分析手段和包絡檢測的（de）方法，簡單方便的達到了對滾動（dòng）軸（zhóu）承的故障作（zuò）出檢測和診斷的目的。其原理是當滾動（dòng）軸承發生故障（zhàng）的時候將（jiāng）會對軸承座或其它零部件產生（shēng）一定的共振效（xiào）果，當（dāng）我們使用小包波分析法，通過對振動信號的采樣分（fèn）析識別振動頻帶並重構之後，可以直觀有效的檢測出滾動軸承的運行情況以及是否存在故障情況（kuàng）。實踐表（biǎo）明（míng），在這種方法下對滾動軸承的故障檢測將會非常的及時、準確。使得（dé）對滾（gǔn）動軸承的故障檢測工作變得簡單（dān）方便而且及時有效。

　　參（cān）考文獻（xiàn）
　　[1]陸紅軍（jun1）.淺談機械工程及自動化.《黑龍江（jiāng）科技信息》，2013年20期

來源：《科技與企業（yè）》2014年第7期