CN110160787A - 一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法 - Google Patents

一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法 Download PDF

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王琇峰
倪泽行
区瑞坚
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Suzhou Weizhu Device Diagnosis Technology Co Ltd
Xian Jiaotong University
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Abstract

一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，先在和滚动轴承连接的输入轴或输出轴上安装轮速传感器，采集传感器信号；然后在传感器信号中选择含有共振的频带进行带通滤波，获得滤波后信号；再对滤波后信号进行希尔伯特解调，获得解调后信号；最后对解调后信号进行傅里叶变换获得解调谱，通过解调谱图进行故障识别；本发明通过瞬时转速信息对轴承进行故障诊断，其信号信噪比高，对故障更敏感。

Description

一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法
技术领域
本发明属于轴承故障诊断技术领域，具体涉及一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法。
背景技术
旋转机械广泛应用于航空航天、电力、化工、车辆等工业领域，滚动轴承作为旋转机械的关键零部件，一旦发生故障将导致设备失效停机，带来经济损失，甚至人员伤亡。因此，滚动轴承故障诊断及健康管理技术受到工业及学术界的广泛关注。
目前，滚动轴承故障诊断通常采用振动检测、声发射检测、油液分析等方法，上述方法各有优劣，适用场景也不尽相同，其中振动分析方法应用最为广泛。振动分析本质是通过监测轴承平动自由度的动力学响应实现故障诊断，信号易受到传递路径和环境噪声影响，信噪比差，尤其是工况变化较大的复杂设备(如车辆)，识别效果不佳。
平动自由度与转动自由度包含了事物在三维空间内的所有状态，对于旋转设备来说，动部件局部故障会造成转速出现周期或准周期波动，通过在转动自由度开展一定的监测研究，可以实现对机械设备状态的有效监测和故障辨识。常见转速测量传感器有角编码器，然而角编码器性价比低限制了其使用范围；而磁电式轮速传感器广泛应用于车辆防抱死系统中，具有厚实的基础及广阔的应用市场。目前还没有基于轮速传感信息的轴承故障诊断方法公开。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，通过瞬时转速信息对轴承进行故障诊断，其信号信噪比高，对故障更敏感。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：在和滚动轴承连接的输入轴或输出轴上安装轮速传感器，采集传感器信号；
步骤2：在传感器信号中选择含有共振的频带进行带通滤波，获得滤波后信号；
步骤3：对滤波后信号进行希尔伯特解调，获得解调后信号；
步骤4：对解调后信号进行傅里叶变换获得解调谱，通过解调谱图进行故障识别。
所述的步骤4中故障识别的准则为：
如解调谱图中存在外圈故障特征频率及其倍频，则判断为滚动轴承外圈故障；
如解调谱图中存在内圈故障特征频率及其倍频，且存在轴承内圈故障特征频率被转频调制的边频，则判断为滚动轴承内圈故障；
如解调谱图中存在滚动体故障特征频率及其倍频，且存在滚动体故障特征频率被保持架调制的边频，则判断为滚动轴承滚动体故障；
如解调谱图中存在保持架故障特征频率及其倍频，则判断为滚动轴承保持架故障。
所述的步骤1中轮速传感器为磁电轮速传感器、霍尔轮速传感器或电涡流轮速传感器。
本发明的有益效果为：本发明采用轮速传感器对滚动轴承进行故障诊断，扩展了滚动轴承故障诊断的传感方式，且该方式信号信噪比高，具有较好的诊断效果。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明实施例1500-4000Hz频带滤波前后时域图。
图3为本发明实施例外圈故障希尔伯特解调后谱图。
图4为本发明实施例内圈故障希尔伯特解调后谱图。
图5为本发明实施例滚动体故障希尔伯特解调后谱图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：在和滚动轴承连接的输入轴上安装轮速传感器，本实施例采用磁电式轮速传感器，分别模拟并采集轴承外圈故障、内圈故障、滚动体故障信号，采样频率为10kHz，滚动轴承型号为E308，试验转速为330rpm，其外圈故障频率fbpo为26.95Hz，内圈故障频率fbpi为39.05Hz，滚动体故障频率fb为29.15Hz，保持架故障频率fc为2.2Hz；
步骤2：在传感器信号中选择选择1500-4000Hz的频带进行带通滤波，获得滤波后信号，滤波前后时域图如图2所示；
步骤3：对滤波后信号进行希尔伯特解调，获得解调后信号；
步骤4：对解调后信号进行傅里叶变换获得解调谱，通过解调谱图进行故障识别：参照图3，图3解调谱图中出现轴承外圈故障频率fbpo及其倍频2×fbpo、3×fbpo，则判断为滚动轴承外圈故障；参照图4，图4解调谱图中出现轴承内圈故障特征频率fbpi及其倍频2×fbpi、3×fbpi，且存在轴承内圈故障特征频率fbpi被转频fr调制的边频fbpi+fr、fbpi-fr、fbpi+2fr、fbpi-2fr，则判断为滚动轴承内圈故障；参照图5，图5解调谱图中出现滚动体故障特征频率fb及其倍频2fb、3fb，且存在滚动体故障特征频率被保持架调制的边频fb+fc，2fb-2fc，2fb+2fc，3fb-2fc，3fb+2fc，即为滚动轴承滚动体故障。
本发明方法基于轮速传感器，并给出了滚动轴承故障状态对应轮速传感信息特征及其提取方法，扩展了滚动轴承故障诊断方式。

Claims (3)

1.一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在和滚动轴承连接的输入轴或输出轴上安装轮速传感器，采集传感器信号；
步骤2：在传感器信号中选择含有共振的频带进行带通滤波，获得滤波后信号；
步骤3：对滤波后信号进行希尔伯特解调，获得解调后信号；
步骤4：对解调后信号进行傅里叶变换获得解调谱，通过解调谱图进行故障识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，所述的步骤4中故障识别的准则为：
如解调谱图中存在外圈故障特征频率及其倍频，则判断为滚动轴承外圈故障；
如解调谱图中存在内圈故障特征频率及其倍频，且存在轴承内圈故障特征频率被转频调制的边频，则判断为滚动轴承内圈故障；
如解调谱图中存在滚动体故障特征频率及其倍频，且存在滚动体故障特征频率被保持架调制的边频，则判断为滚动轴承滚动体故障；
如解调谱图中存在保持架故障特征频率及其倍频，则判断为滚动轴承保持架故障。
3.根据权利要求1所述的一种基于轮速传感信息的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤1中轮速传感器为磁电轮速传感器、霍尔轮速传感器或电涡流轮速传感器。
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