滾動軸承的故障診斷方法研究

黎文爵（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

滾動軸承的故障診斷方法研究

黎文爵
（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

汽車使用中最容易受到磨損的是其滾動軸承，當(dāng)它出現(xiàn)問題時，輕則能影響駕車的舒適度，重則會導(dǎo)致汽車的動力傳遞受阻。本文主要介紹了幾種滾動軸承的故障診斷方法，可以為實際操作的故障診斷提供更加精準(zhǔn)的方法。

滾動軸承；診斷；方法

滾動軸承作為汽車上的支柱性零部件，它的性能情況直接決定了一輛汽車的質(zhì)量高低。怎樣才能在不拆分汽車的情況下，將滾動軸承的微小故障檢測出來，并在它引起嚴(yán)重的后果前將這一故障消滅，是研究滾動軸承故障診斷方法的初衷。

1　在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動軸承故障診斷方法

在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動軸承故障診斷方法的診斷是自動化非常強的方法，過程中不需進(jìn)行人為的操作。這種診斷方法基于譜峭度而生，結(jié)合頻帶收縮方法，能夠準(zhǔn)確的找出因滾動軸承的故障而導(dǎo)致的譜峭度最高的頻帶，從而進(jìn)行有效的診斷。

這種故障診斷方法的步驟分為（1）、構(gòu)造一個Morlct小波族，包括四個小波濾波器，將Morlct小波族放在分析頻帶[0,f,2]內(nèi)。經(jīng)過原信號傅立葉和Morlct小波族相乘和逆變換，得到小波系數(shù)[1]。找到譜峭度最大值K1max和相應(yīng)的頻帶[f11,f12]（2）、重復(fù)上述方法，找到K2max剛和相應(yīng)的頻帶[f21,f22]，并對比K1max和K2max大小，進(jìn)一步作出分析（3）、找出滿足Kn-1max大于Knmax條件的頻帶和相對的小波系數(shù)Wn-1kmax(a,t)，將小波系數(shù)和它的復(fù)共軛相乘，得出小波系數(shù)的最佳包絡(luò)，對其做傅立葉的變換，從而找出故障。

和傳統(tǒng)的故障診斷方法相比，在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動軸承故障診斷方法的優(yōu)勢明顯。它降低了傳統(tǒng)診斷方法對人員的苛刻要求，也可以大大縮小對共振頻帶的選擇范圍，從而使故障診斷的更加精確和準(zhǔn)確，進(jìn)而提高診斷的效率和效果。

2　小波包故障診斷方法

由于實際操作中的信號并不都是穩(wěn)定的信號，因為外界的沖擊、機(jī)器的松動等不確定因素的加入，是不穩(wěn)定信號的更加復(fù)雜。因此，在進(jìn)行檢測時，不僅要考慮到時域還要考慮到頻域。小波變換是一種數(shù)學(xué)上的方式，它能滿足在進(jìn)行故障診斷的時候需要進(jìn)行的頻率和時間上的研究分析。

在處理信號時，小波變換既有優(yōu)勢也有劣勢，雖然它能很好的適應(yīng)在處理信號時對時域頻域要求，但是這也導(dǎo)致了另一問題，即“高頻低分辨率”[2]。小波包分解能對各種信號在整個的頻帶內(nèi)做相應(yīng)的正交分解，這從根本上說就是對被檢測的信號進(jìn)行多帶通濾波。因為正常狀態(tài)下的和故障狀態(tài)下的器械它們的輸出信號的頻帶是不一樣的，小波包分析通過對這些信號的分析，從而找到是否有故障存在并且進(jìn)一步找出故障所在。

小波包故障診斷的方法有兩種，一種是基于小波包變換的時域分析方法，一種是基于小波包變換的能量譜分析方法。基于小波包變換的能量譜分析方法是一種結(jié)合了小波包分解、小波包分頻帶能量檢測技術(shù)和重構(gòu)原理的診斷方法。因為滾動軸承上的故障信號一般是隨機(jī)信號，常見的數(shù)學(xué)關(guān)系不能有效的表現(xiàn)這種信號的變化和起落，而小波包系數(shù)的變換和函數(shù)之間的相似度有著密切的關(guān)聯(lián)，基于此，這種系數(shù)的變換亦可形象的化為圖像。這種方法能夠清晰的展現(xiàn)出原始信號的穩(wěn)定性、周期性以及非穩(wěn)定性，進(jìn)而找出滾動軸承上的故障原因。

3　滾動軸承故障的溫度診斷方法

和以上兩種方法的專業(yè)性不同，溫度診斷方法的實際操作性更強。因為摩擦，軸承周身會產(chǎn)生一定的溫度，正常運行情況下的軸承的溫度和有某種異常情況下的軸承的溫度有細(xì)微的差別，通過對溫度的檢測，可以確定滾動軸承是否存在故障。

溫度診斷方法對滾動軸承本身要求比較嚴(yán)格，軸承的運轉(zhuǎn)速度、是否潤滑等外界因素對溫度這一變量的影響也非常大。造成溫度出現(xiàn)不正常的升高的原因不僅僅只有軸承故障這一個因素，比如潤滑程度不夠，造成摩擦力變大，也會導(dǎo)致溫度的變化。此外，當(dāng)軸承的故障比較小的時候，反應(yīng)在溫度上的故障也更加微小，不足以引起重視，只有當(dāng)故障變大時，溫度的變化才能被檢測到。因此，軸承上的微小故障如點蝕不能輕易的就能被溫度檢測方法察覺。

4　滾動軸承故障的振動診斷方法

目前使用的許多軸承診斷的儀器的制作原理都是基于振動法，國內(nèi)專家關(guān)于滾動軸承的故障研究中振動診斷方法占85%以上[3]。這種診斷方法的使用性高、適應(yīng)性強，診斷結(jié)果相對來說也比較準(zhǔn)確。

依靠振動法診斷故障的方法比較多，比如幅值域處理、時域差處理等等。其中，時域準(zhǔn)診斷方法最早應(yīng)用于滾動軸承的故障診斷中。因為技術(shù)有限，時域波形很難直觀的表現(xiàn)出軸承的狀況，更無從下手找出軸承的故障。振動信號可以運用函數(shù)等變換成數(shù)字或圖像，用的比較多的數(shù)字特征有波形因子、方差、概率分布函數(shù)三種。

振動診斷方法可以對軸承的故障作出比較細(xì)致的分析和診斷，因為直接對頻譜信號作分析，可以更加直觀的發(fā)現(xiàn)問題所在，從而判斷軸承是否有故障。但是，振動發(fā)出的信號頻譜也會受到流體動力器械發(fā)出的聲音的干擾，信號的純凈度降低，依據(jù)此方法做出的判讀會產(chǎn)生誤差，這種診斷方法不能應(yīng)用在精密儀器的故障診斷上。

5　結(jié)束語

滾動軸承應(yīng)用在越來越多的器械上，各種交通工具離了它更是寸步難行。隨著技術(shù)的發(fā)展，花樣繁多的精密儀器越來越復(fù)雜，在生活中的應(yīng)用也越來越多。軸承質(zhì)量的好壞，不僅僅關(guān)系到器械的運行，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失、人員傷亡。本文介紹了在譜峭度和頻帶收縮方法基礎(chǔ)上的滾動軸承故障診斷方法、小波包故障診斷方法、溫度診斷方法、振動診斷方法，希望能對滾動軸承的故障診斷有一定的幫助。

[1]周長生.齒輪與滾動軸承故障診斷方法的研究及專家系統(tǒng)的建立[D].蘭州理工大學(xué),2007.

[2]陳聰.基于小波理論的滾動軸承故障診斷方法研究[D].電子科技大學(xué),2013.

[3]崔寶珍.基于小波分析的滾動軸承故障診斷方法研究與應(yīng)用[D].中北大學(xué),2005.

黎文爵（1986—），男，廣東東莞人，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計。