CN110196166A - 一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种高速运动中滚动轴承滚动体的定位方法，该方法包括滚动体标记、传感器安装、信号预处理、目标滚动体的定位。本方法在滚动轴承故障检测中，不仅能够利用滚动轴承的运动信号实现高速运动中滚动体的定位，而且不需要精确安装传感器，就能够克服电磁式接近开关无法区分特定滚动体、激光漫反射接近开关频率响应低的缺点，采用低速定位到高速的方法实现目标滚动体定位。

Description

一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法

技术领域

本发明属于滚动轴承故障检测技术领域，具体涉及滚动轴承滚动体在高速运动中，对目标滚动体运动信号的定位。

背景技术

滚动轴承被称为“工业的关节”，是旋转机械中的基础零件之一，广泛应用于铁路、汽车、轮船、航空航天、机械等领域，和人类的生产生活密不可分，其技术的高低直接影响高速铁路、机械工业、国防科技等产业的发展水平。因此，许多行业对滚动轴承要求很高。例如，高速铁路产业中的动车组轴承要求寿命长、低噪声、可靠性高等特殊要求，但国内轴承由于材料、加工工艺、装配技术、安装存在诸多缺陷，无法满足高铁的严格要求，导致国内中低端产品产能过剩，高端产品为外资垄断，轴承国产化应用几乎是空白。因此，提升轴承检测技术，研制完善的轴承质量检测技术，提高出厂轴承的可靠性和安全性，对推动国内轴承发展研究具有十分重要的意义。

现阶段，国内外对滚动轴承故障检测的研究很多，研究热点一般是对滚动轴承振动信号的分析。现有的故障分析多采用直接对采集的全部振动信号进行整体分析，并不能提取某一颗滚动体产生的振动信号。因此，既不能确定单颗滚动体在不同位置产生振动的影响，也不能排除该滚动体质量和形状误差对滚动体撞击缺陷产生振动的影响。因此，能有一种针对高速运动滚动体定位的方法将为探讨这些影响因素提供帮助，能够从振动信号中提取出任意一颗滚动体产生的冲击信号提供一种方法。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法。本发明的技术方案如下：

一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其包括以下步骤：

101、首先，将滚动轴承(3)中目标滚动体(3-1)对应的固定该滚动体位置的保持架部分进行标记处理，选用电磁式接近开关(1)与激光漫反射接近开关(2)两种传感器，并在滚动轴承(3)的预设位置处安装；电磁式接近开关(1)用于跟踪每颗滚动体信号，激光漫反射接近开关(2)用于跟踪除目标动体外滚动体信号。

102、然后，对传感器同步采集到的高速阶段信号、高速到低速即过度阶段信号、低速阶段三个连续阶段的信号进行二值化处理，并确定目标滚动体(3-1)在激光脉冲信号中的一个缺失信号区间(见图3)。

103、接着，确定距离该缺失信号区间最近的电磁脉冲信号，再根据两个传感器之间的滚动体个数，确定目标滚动体(3-1)对应电磁脉冲信号；

104、最后，提取目标滚动体(3-1)的全部电磁脉冲信号，即实现高速运动滚动体的定位，为提取该目标滚动体产生的故障冲击提供一种方法。

进一步的，所述步骤101滚动体标记的步骤包括：对目标滚动体(3-1)用油漆标记处理；所述两个传感器安装包括：将电磁式接近开关(1)与滚动轴承(3)的任意一个滚动体正对安装，使其接收全部滚动体全部运动阶段的接近信号；

激光漫反射接近开关(2)安装于与电磁式接近开关(1)相差约180°的位置，使其不能采集保持架凹面反射的接近信号，只能接收滚动体的通过信号，且向滚动体运动相反方向偏置一定角度θ，θ为5°～10°。

进一步的，当目标滚动体(3-1)通过激光漫反射接近开关(2)时，目标滚动体(3-1)旋转半周左右才能靠近电磁式接近开关(2)，因激光漫反射接近开关频率响应较低，该传感器仅能接收低速阶段，且除目标滚动体外的全部滚动体接近信号。

进一步的，所述步骤102的信号预处理步骤包括：采用核心平滑密度估计函数计算滚动体接近与远离传感器时的高低电平，选定高低电平的两个三等分点作为高低阈值将信号进行二值化处理，即大于高阈值的定义为高电平，小于低阈值的定义为低电平，处于高低阈值中间的值定义为该数据点前一时刻数据点的值。

进一步的，在激光脉冲信号中，对目标滚动体(3-1)缺失信号区间的定位具体包括：通过核心平滑概率密度函数从激光脉冲信号的空位区间中分离存在目标滚珠缺失信号的空位区间，取概率密度最大的区间为目标滚动体的一个信号缺失区间。

进一步的，所述步骤103确定离缺失区间最近的电磁脉冲信号，为目标滚动体(3-1)接近激光漫反射接近开关(2)时，与之相差180°的电磁式接近开关对应滚动体的电磁脉冲信号。由于两个传感器的安装位置存在约180°的相位差，所以当目标滚动体接近激光漫反射接近开关时，通过电磁式接近开关的滚动体为缺失区间对应滚动体，当滚动体个数为奇数时，该滚动体与目标滚动体相差个滚动体，滚动体个数为偶数时m为滚动体个数。

进一步的，所述步骤104对激光脉冲信号进行目标滚珠(3-1)定位具体包括：①计算每个激光脉冲信号上升沿点数位置；②计算下降沿与上升沿距离，即空位区间距离；③通过核心平滑密度估计函数(其中h为带宽)计算在全部空位区间中存在目标滚珠(3-1)缺失信号的空位区间，即正常空位区间差值与缺失信号空位区间差值的概率密度不同，缺失区间为概率密度最大的区间。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明在不需要精确安装的情况下，只需结合电磁式接近开关信号，确定激光漫反射接近开关信号中缺失区间与目标滚珠的对应关系，就能找到目标滚动体的所产生的运动信号。主要创新点包括：①克服电磁式接近开关无法区分目标滚动体、激光漫反射接近开关频率响应低，不能响应高速运动滚动体的缺点，将两种传感器相结合，采用低速定位到高速的方法实现高速运动滚动体的定位；②利用核心平滑密度估计函数对信号进行二值化处理和寻找缺失区间；②能够提取特定滚动体的运动信号，以便之后用于单个滚珠冲击故障的提取，观测滚动体的形状误差对滚动轴承振动的影响。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例的定位方法中传感器的安装示意图；

图2为激光漫反射接近开关偏置一定角度θ的示意图；

图3为采集的原始电磁信号与原始激光信号；

图4为高低电平的概率密度图；

图5为电磁式接近开关与激光漫反射接近开关同步采集的滚珠接近信号，预处理后所得标准矩形脉冲信号；

图6为正常空位区间差值与缺失信号空位区间差值的概率密度图；

图7为激光脉冲信号中存在标记滚珠缺失信号的一个空位区间；

图8为在图4中空位区间内存在的电磁脉冲信号；

图9为图5中电磁脉冲信号距离图4空位区间最近的电磁脉冲信号，即空位区间对应电磁脉冲信号；

图10为滚动轴承高速运动滚珠在电磁脉冲信号中的定位结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明提供了一种针对滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，过程为：

首先，将滚动轴承中目标滚动体对应保持架标记处理，选用电磁式接近开关与激光漫反射接近开关两种传感器，并相对滚动轴承特定安装。

然后，对传感器同步采集到的高速、高速到低速、低速三个连续阶段的信号进行预处理，并确定目标滚动体在激光脉冲信号中的一个缺失信号区间。

接着，确定距离该缺失信号区间最近的电磁脉冲信号，再根据滚动体与信号对应关系，确定目标滚动体对应电磁脉冲信号。

最后，提取目标滚动体的全部电磁脉冲信号，即实现高速运动滚动体的定位。

具体步骤如下：

S1，将目标滚动体采用油漆标记处理，使其不能反射激光漫反射接近开关发射的信号；

S2，将电磁式接近开关与滚动轴承任意滚动体正对安装，使其接收全部滚动体全部运动阶段的接近信号；

S3，将激光漫反射接近开关安装于与电磁式接近开关相差约180°的位置，并偏置一定角度θ(θ一般为5°～10°)使其不能采集保持架凹面反射的接近信号，只能接收滚动体的通过信号。由于两传感器相差约180°，当目标滚动体通过激光漫反射接近开关时，目标滚动体旋转半周左右才能靠近电磁式接近开关。因激光漫反射接近开关频率响应较低，该传感器仅能接收低速阶段，且除目标滚动体外的全部滚动体接近信号；

S4，将两个传感器同步采集到的高速、高速到低速、低速的运动信号做信号预处理：通过核心平滑密度估计函数计算滚动体接近与远离传感器时的高低电平，为克服信号抗干扰性不强的缺点，选定高低电平的两个三等分点为高低阈值将信号进行二值化处理。即大于高阈值的定义为高电平，小于低阈值的定义为低电平，处于高低阈值中间的值定义为该数据点前一时刻数据点的值，从而使得小幅值(小于高低阈值差)的干扰不会对信号反转产生影响；

S5，在激光脉冲信号中，对目标滚动体缺失信号区间的定位：通过核心平滑概率密度函数从激光脉冲信号的空位区间中分离存在目标滚珠缺失信号的空位区间，取概率密度最大的区间，即为目标滚动体的一个信号缺失区间；

s6、确定离缺失区间最近的电磁脉冲信号，为目标滚动体接近激光漫反射接近开关时，正通过电磁式接近开关滚动体的电磁脉冲信号。因为，两个传感器的安装位置相差约180°，所以，目标滚动体接近激光漫反射接近开关时，通过电磁式接近开关的滚动体为缺失区间对应滚动体。当滚动体个数为奇数时，该滚动体与目标滚动体相差(滚动体个数为偶数时m为滚动体个数)个滚动体；

S7、计算上述电磁脉冲信号在全部电磁脉冲信号中的位置；

S8、目标滚动体的电磁脉冲信号与上述电磁脉冲信号相差d个矩形脉冲，从全部电磁脉冲信号中提取目标滚动体的电磁脉冲信号，即可实现高速运动滚动体的定位。

本发明为滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，以深沟球轴承为实施例，具体通过以下方式实现：

首先，将目标滚珠3-1采用油漆标记处理，使其不能反射激光漫反射接近开关信号。

其次，将电磁式接近开关1与滚动轴承3任意一颗滚珠正对安装，接收全部滚珠、全部运动阶段的通过信号；将激光漫反射接近开关2安装于与电磁式接近开关1相差约180°的位置，并偏置一定角度θθ一般为5°～10°至正对接近滚珠的侧面，使其仅能反射接近滚珠的通过信号。

然后，通过两个传感器同步采集到滚珠高速、高速到低速、低速的接近信号后，做信号预处理,原始信号如图3所示：通过核心平滑密度估计函数计算滚珠接近与远离传感器时的高低电平，高低电平的概率密度如图4所示，选定高低电平的两个三等分点为高低阈值将信号进行二值化处理。即大于高阈值的定义为高电平，小于低阈值的定义为低电平，处于高低阈值中间的定义为该数据点前一时刻数据点的值，从而使得小幅值小于高低阈值差的干扰不会对信号反转产生影响，预处理后信号如图5所示。

接着，对激光脉冲信号进行目标滚珠3-1定位：①计算每个激光脉冲信号上升沿点数位置；②计算下降沿与上升沿距离，即空位区间距离；③通过核心平滑密度估计函数计算在全部空位区间中存在目标滚珠3-1缺失信号的空位区间，即正常空位区间差值与缺失信号空位区间差值的概率密度不同，如图6所示；取区间较大且概率密度最大的区间为定位，如图7所示；即可确定，该空位区间是目标滚珠3-1的一个信号缺失区间。④保留缺失区间内电磁脉冲信号，如图8所示；⑤确定缺失区间对应电磁脉冲信号，为目标滚珠3-1接近激光漫反接近开关2时，正接近电磁式接近开关1的滚珠通过的电磁脉冲信号，如图9所示。

最后，确定上述电磁脉冲信号与目标滚珠电磁脉冲信号在全部信号之中的位置；当滚珠个数为奇数时，目标滚珠3-1与上述电磁脉冲信号对应滚珠相差滚珠个数为偶数时m为滚珠个数个滚珠数；④提取与上述电磁脉冲信号相差d的电磁脉冲信号，为目标滚珠全部运动阶段的电磁脉冲信号，即实现高速运动滚珠的定位，如图10所示。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、首先，将滚动轴承(3)中目标滚动体(3-1)对应的固定该滚动体位置的保持架部分进行标记处理，选用电磁式接近开关(1)与激光漫反射接近开关(2)两种传感器，并在滚动轴承(3)的预设位置处安装；电磁式接近开关(1)用于跟踪每颗滚动体信号，激光漫反射接近开关(2)用于跟踪除目标滚动体(3-1)外的滚动体信号；

102、然后，对传感器同步采集到的高速阶段信号、高速到低速即过渡阶段信号、低速阶段三个连续阶段的信号进行预处理，并确定目标滚动体(3-1)在激光脉冲信号中的一个缺失信号区间；

103、接着，确定距离该缺失信号区间最近的电磁脉冲信号，再根据电磁式接近开关(1)与激光漫反射接近开关(2)相差约180°，计算两个传感器之间的滚动体个数，从而确定目标滚动体(3-1)对应电磁脉冲信号；

104、最后，提取目标滚动体(3-1)的全部电磁脉冲信号，即实现高速运动滚动体的定位，为提取该目标滚动体产生的故障冲击提供一种方法。

2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，所述步骤101滚动体标记的步骤包括：对目标滚动体(3-1)用油漆标记处理；所述两个传感器安装包括：将电磁式接近开关(1)与滚动轴承(3)的任意一个滚动体正对安装，使其接收全部滚动体全部运动阶段的接近信号；

激光漫反射接近开关(2)安装于与电磁式接近开关(1)相差约180°的位置，使其不能采集保持架凹面反射的接近信号，只能接收滚动体的通过信号，且向滚动体运动相反方向偏置一定角度θ，θ为5°～10°。

3.根据权利要求2所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，当目标滚动体(3-1)通过激光漫反射接近开关(2)时，目标滚动体(3-1)旋转半周左右才能靠近电磁式接近开关(2)，因激光漫反射接近开关频率响应较低，该传感器仅能接收低速阶段，且除目标滚动体外的全部滚动体接近信号。

4.根据权利要求3所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，所述步骤102的信号预处理步骤包括：采用核心平滑密度估计函数计算滚动体接近与远离传感器时的高低电平，选定高低电平的两个三等分点作为高低阈值将信号进行二值化处理，即大于高阈值的定义为高电平，小于低阈值的定义为低电平，处于高低阈值中间的值定义为该数据点前一时刻数据点的值。

5.根据权利要求4所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，在激光脉冲信号中，对目标滚动体(3-1)缺失信号区间的定位具体包括：通过核心平滑概率密度函数从激光脉冲信号的空位区间中分离存在目标滚珠缺失信号的空位区间，取概率密度最大的区间为目标滚动体的一个信号缺失区间。

6.根据权利要求5所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，所述步骤103确定离缺失区间最近的电磁脉冲信号，为目标滚动体(3-1)接近激光漫反射接近开关(2)时，与之相差180°的电磁式接近开关对应滚动体的电磁脉冲信号，由于两个传感器的安装位置存在约180°的相位差，所以当目标滚动体接近激光漫反射接近开关时，通过电磁式接近开关的滚动体为缺失区间对应滚动体，当滚动体个数为奇数时，该滚动体与目标滚动体相差个滚动体，滚动体个数为偶数时m为滚动体个数。

7.根据权利要求5所述的一种滚动轴承高速运动滚动体的定位方法，其特征在于，所述步骤104对激光脉冲信号进行目标滚珠(3-1)定位具体包括：①计算每个激光脉冲信号上升沿点数位置；②计算下降沿与上升沿距离，即空位区间距离；③通过核心平滑密度估计函数(其中h为带宽)计算在全部空位区间中存在目标滚珠(3-1)缺失信号的空位区间，即正常空位区间差值与缺失信号空位区间差值的概率密度不同，缺失区间为概率密度最大的区间。