基于時域分析的滾動軸承故障診斷

王鵬

【摘 ?要】滾動軸承應用廣泛，出現故障時會造成巨大損失，因此有必要對滾動軸承進行故障診斷。提出使用時域分析的方法來判斷滾動軸承的故障。首先通過時域指標判斷出滾動軸承是否存在故障從而初步的診斷出滾動軸承的故障。

【關鍵詞】滾動軸承;時域分析;故障診斷

0引言

滾動軸承是機械設備中最為常見的零件之一，軸承的運行狀態直接影響設備的整體性能。如果大型設備的滾動軸承發生了故障，則有可能造成巨大的財產損失甚至人員傷亡[1]。因此對滾動軸承進行故障診斷，檢測滾動軸承的運行狀況是十分必要的。

目前，對滾動軸承進行故障診斷的方法主要分為時域分析、頻域分析、時頻分析。其中時頻分析需要具備較高的理論知識，工程人員在使用時會有較大的難度。而時域分析是在時間域中直接對滾動軸承振動信號進行分析，因此具有直觀和準確的優點[2]。因此時域分析在滾動軸承的故障診斷中占有重要地位。

1時域指標

2實驗分析

實驗數據來自美國凱斯西儲大學公開的軸承數據庫。實驗用的軸承型號為6205滾動軸承，軸承的相關尺寸見表1。使用電火花在軸承上加工出單點故障，故障尺寸分別為0.1778 mm和0.533 mm。測試軸承連接在電機上，通過傳感器獲得軸承的振動信號。電機的轉速為1721 r/min，采樣頻率為12000 Hz。

2.1時域分析

選擇正常軸承振動信號、外圈故障尺寸為0.1778 mm軸承振動信號、外圈故障尺寸為0.533 mm軸承振動信號，共3組數據進行時域分析，結果見表2。

滾動軸承振動信號的時域指標見表2，由表2可知，隨著故障尺寸的增大，峰值、峭度、裕度指標、脈沖因子均明顯增大。當外圈故障尺寸為0.1778 mm時，峰值比正常值增加了約10倍，峭度值比正常值增加了約3倍，裕度指標和脈沖指標增加了約2倍。當外圈故障尺寸為0.533 mm時，峰值比正常值增加了約21倍，峭度比正常值增加了約8.56倍，裕度指標比正常值增加了約5.97倍，脈沖指標比正常值增加了約4.56倍。由此可知當峰值、峭度、裕度指標、脈沖因子顯著增大時，可初步判斷滾動軸承出現故障。

但是使用峰值因子和有效值卻不能判斷滾動軸承是否出現故障。當外圈故障尺寸為0.1778 mm時，峰值因子的值和正常值相比幾乎沒有增加，無法判斷軸承是否出現故障。當外圈故障尺寸為0.533 mm和外圈故障尺寸為0.1778 mm時的有效值幾乎沒有變化，無法判斷軸承的故障情況。因此使用峰值因子和有效值不能有效的判斷出軸承的故障情況。

根據滾動軸承振動信號的時域分析可以初步判斷軸承的內圈和滾動體是否存在故障。

3 結論

通過使用時域指標中的峰值、峭度、裕度指標、脈沖指標可以初步的判斷出滾動軸承是否存在故障。

參考文獻：

[1] 潘玉娜.滾動軸承的性能退化特征提取及評估方法研究[D].上海交通大學，2011.

[2] 劉偉，戴成梅.Matlab在控制理論時域分析法教學中的應用[J].巢湖學院學報，2011，（6）：140-143.

（作者單位：華北理工大學機械工程學院）