CN103424259A - 打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法及其装置 - Google Patents

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周平
祝章琛
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Abstract

本发明公开了一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，包括设置在筘座脚上的加速度传感器，所述加速度传感器连接有载荷放大器，载荷放大器分别与带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪、频域信号前处理器相连，所述频域信号前处理器连接于所述信号分析仪；所述信号分析仪连接有一时序信号控制装置。运用短时傅立叶分析弥补傅立叶分析时域和频域完全分离的缺陷，将时频两域联合起来对信号进行分析，在时频平面上，可以精确地定位在某一时刻出现了哪些频率分量。

Description

打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及织机领域的一种打纬机构测量方法和装置，具体而言，涉及一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法及其装置。
背景技术
当喷气织机的转速大于800转/分时，打纬机构运动的稳定性变得很重要。织机高速转动，钢筘一分钟往复摆动800次，摆动三角形要求非常清淅。若打纬机构存在较大间隙，摆动三角形变得不清淅，尤其在前后心的位置上，摆动三角形两条边明显抖动。
打纬机构中最易磨损的轴承是滑动轴承，存在间隙的机构输出信号是非平稳信号，信号的功率谱是时变函数。刚出厂新机的机构输出加速度信号呈现平滑性，使用一年后输出信号已充满着高频脉冲，磨损的轴承产生的间隙是脉冲的原因之一。有了间隙相当于机构增加了自由度，运动具有不确定性，表现为输出信号是非平稳信号，在下一个回转周期信号有一些变化，采用时频分析方法可以描述打纬机构的加速度信号的频谱含量是怎样随曲轴转角变化的。
傅立叶变换是一种整体变换，描述信号或完全在时域，或完全在频域。在频域表示的功率谱并不能描述信号中某频率分量出现的时刻及其随时间的变化。短时傅立叶变换广泛应用在故障诊断的信号分析和处理中。短时傅立叶变换是时频分析的一种，短时傅立叶变换用一个时间宽度足够窄的固定的窗函数乘时间信号，使取出的信号可以被看成平稳的，然后对取出的这一段信号进行傅立叶变换，便可以反映出该时间宽度中的频谱变化规律，让这个固定的窗函数沿着时间轴移动，可以得到信号频谱随时间变化的规律。
对于许多信号，仅用时域或频域里的各种方法去分析往往不能揭示信号内部的局部特征和信息。打纬机构滑动轴承磨损产生间隙故障时，其加速度信号除存在幅值调制外，还存在频率调制现象。在机构使用早期，轴承间隙较小，频率调制比幅值调制明显，从频率变化角度就能诊断；当轴承间隙较大时，频率的变化在一定程度上被幅值变化淹没。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法及其装置，采用时频分析方法研究摇轴的加速度信号，并描述信号的频谱分量是怎样随曲柄转角变化的。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法，通过测量筘座脚上的加速度信号，将所述加速度信号经处理后传送至带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪，同时所述信号分析仪输入一时序信号，信号分析仪得出时域曲线和频域曲线，并通过显示屏显示输出。
进一步的，所述加速度信号经过载荷放大器处理后一路直接输出到所述信号分析仪，另一路通过频域信号前处理器再输出到所述信号分析仪。
进一步的，所述时序信号为与织机主轴转速相关的时序信号。
一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，包括设置在筘座脚上的加速度传感器，所述加速度传感器连接有载荷放大器，载荷放大器分别与带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪及频域信号前处理器相连，所述频域信号前处理器连接于所述信号分析仪；所述信号分析仪连接有一时序信号控制装置。
优选的，所述信号分析仪连接有显示屏。
进一步的，所述时序信号控制装置包括织机主轴上设置的编码器，所述编码器采集的信号依次通过取样时间窗、控制板传送至所述信号分析仪；所述控制板设有数据预设，控制信号的记录时序和取样周期。
进一步的，所述频域信号前处理器包括短时时间尺度的选择窗和海宁窗。
本发明的有益效果是:
1、时频分析方法可以精确提取轴承间隙信号的瞬时频率，时频分析是一种能将频谱随时间的演变关系明确表现出来的手段。
2、运用短时傅立叶分析（STFT）弥补傅立叶分析时域和频域完全分离的缺陷，将时频两域联合起来对信号进行分析，能同时考虑到两个方面的性能，在时频平面上，可以精确地定位在某一时刻出现了哪些频率分量。
3、在短时傅立叶分析前，对信号进行加窗，再对加窗后的信号进行傅立叶变换，得到信号在局部区域的频谱。前处理器包括两个窗，第一个窗选定短时傅立叶分析的短时的宽度，第二个窗是海宁窗，减少泄漏。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1四杆打纬机构示意图；
图2打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置；
图3打纬机构轴承间隙的时频曲线测量电路；
图4打纬机构输出的时域曲线；
图5打纬机构输出的频域曲线；
图6打纬机构牵手栓轴承间隙示意图；
图7打纬机构牵手栓轴承的轴颈轨迹曲线；
图8打纬机构牵手栓轴承的时频图。
图中标号说明：1、加速度传感器，2、载荷放大器，3、信号分析仪，4、频域信号前处理器，5、筘座脚，6、显示屏，7、主轴，8、编码器，9、取样时间窗，10、控制板。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1所示，织机的四杆打纬机构由曲拐AB、牵手BC和摇杆CD组成，主轴轴承A和摇轴轴承D采用滚珠轴承，牵手栓轴承C和曲拐轴承B采用滑动轴承；曲拐AB、牵手BC、摇杆CD和两滑动轴承整体都浸在润滑油箱内，在滑动轴承孔与轴颈之间存在径向间隙。间隙为连接杆件之间的相对运动提供了运动和润滑空间，同时引起了机构运动链的不连续。
一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法，通过测量筘座脚上的加速度信号，将所述加速度信号经处理后传送至带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪，同时所述信号分析仪输入一时序信号，信号分析仪得出时域曲线和频域曲线，并通过显示屏显示输出。所述加速度信号经过载荷放大器处理后一路直接输出到所述信号分析仪，另一路通过频域信号前处理器再输出到所述信号分析仪。所述时序信号为与织机主轴转速相关的时序信号。
参照图2、图3所示，一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，包括设置在筘座脚5上的加速度传感器1，所述加速度传感器1连接有载荷放大器2，载荷放大器2分别与带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪3及频域信号前处理器4相连，所述频域信号前处理器4连接于所述信号分析仪3；所述信号分析仪3连接有一时序信号控制装置。所述信号分析仪3连接有显示屏6。
参照图3所示，所述时序信号控制装置包括织机主轴7上设置的编码器8，所述编码器8采集的信号依次通过取样时间窗9、控制板10传送至所述信号分析仪3；所述控制板10设有数据预设，控制信号的记录时序和取样周期。
在短时傅立叶分析前，对信号进行加窗，再对加窗后的信号进行傅立叶变换，得到信号在局部区域的频谱，所述频域信号前处理器4包括短时时间尺度的选择窗和海宁窗，减少泄漏。
运用短时傅立叶分析弥补傅立叶分析时域和频域完全分离的缺陷，将时频两域联合起来对信号进行分析，能同时考虑到两个方面的性能。在时频平面上，可以精确地定位在某一时刻出现了哪些频率分量。
参照图4所示，横坐标是织机曲轴转角，纵坐标表示摇杆的输出加速度。滑动轴承间隙产生的信号是瞬变信号，在打纬机构运行中，在打纬时刻受力特别大，在对应区域滑动轴承的局部磨损，激起高频振动。在图4曲线上存在一些瞬变脉冲，这些高频衰减振动是滑动轴承间隙产生的，出现在一定的曲轴转角。时域曲线没有办法表示频率与时间的关系，某一分量的频率出现在哪些曲轴的转角。
参照图5所示，横坐标是频率，纵坐标表示频谱能量密度。频域曲线只是表示出打纬机构输出了哪些频率及这些频率的能量大小，根本不反映频率的来源和频率与机构轴承间隙的关联。由图可见，频域曲线存在频率调制现象，这表明机构轴承磨损不大，轴承间隙较小，频率调制比幅值调制明显，从频率变化角度就能诊断机构的轴承间隙和磨损状况。
参照图6、图7所示，机构的间隙指机构运动副间隙，打纬机构的最主要间隙指牵手轴瓦处因磨损产生的间隙。图6表示连杆栓轴承的轴承孔和轴颈两圆柱面，外圆表示牵手栓轴承的内径，小圆表示牵手栓轴颈，由图可见牵手栓轴承存在间隙h，轴颈与轴承之间充满润滑油。轴承的总载荷F，轴孔表面相对于F方向的线速度Ubc,轴颈表面相对于F方向的线速度Ucd，轴承孔圆心C2半径R， 轴颈孔圆心C1半径r，半径间隙C=R-r,两圆柱面中心轴线间的距离为偏心距e＝C1 C2，由该轴承连接的连杆和摇杆都是运动部件，故轴承和轴颈两部分都在转动。两圆柱面之间包含流体，流体挤压膜厚度h为：h = c+esinθ=c×( 1 +εsinθ)，式中，ε =e/c称偏心率，θ为h与连心线C1 C2垂直方向之间的夹角。图7表示牵手栓轴承的轴颈轨迹曲线，轴颈相对轴承的位置一直在变动，轴颈与轴承的内壁存在碰撞。
参照图8所示，图8表示在哪个角度出现的瞬态频率及其能量，时频关系图弥补了信号的时间曲线和频谱能量密度不能充分描述信号的物理特性的缺陷。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法，其特征在于：通过测量筘座脚上的加速度信号，将所述加速度信号经处理后传送至带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪，同时所述信号分析仪输入一时序信号，信号分析仪得出时域曲线和频域曲线，并通过显示屏显示输出。
2.根据权利要求1所述的打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法，其特征在于：所述加速度信号经过载荷放大器处理后一路直接输出到所述信号分析仪，另一路通过频域信号前处理器再输出到所述信号分析仪。
3.根据权利要求1所述的打纬机构轴承间隙的时频曲线测量方法，其特征在于：所述时序信号为与织机主轴转速相关的时序信号。
4.一种打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，其特征在于：包括设置在筘座脚（5）上的加速度传感器（1），所述加速度传感器（1）连接有载荷放大器（2），载荷放大器（2）分别与带有短时傅立叶变换功能的信号分析仪（3）及频域信号前处理器（4）相连，所述频域信号前处理器（4）连接于所述信号分析仪（3）；所述信号分析仪（3）连接有一时序信号控制装置。
5.根据权利要求4所述的打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，其特征在于：所述信号分析仪（3）连接有显示屏（6）。
6.根据权利要求4所述的打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，其特征在于：所述时序信号控制装置包括织机主轴（7）上设置的编码器（8），所述编码器（8）采集的信号依次通过取样时间窗（9）、控制板（10）传送至所述信号分析仪（3）；所述控制板（10）设有数据预设，控制信号的记录时序和取样周期。
7.根据权利要求4所述的打纬机构轴承间隙的时频曲线测量装置，其特征在于：所述频域信号前处理器（4）包括短时时间尺度的选择窗和海宁窗。
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