CN111506880A - 一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法 - Google Patents

一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法 Download PDF

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CN111506880A CN202010364696.1A CN202010364696A CN111506880A CN 111506880 A CN111506880 A CN 111506880A CN 202010364696 A CN202010364696 A CN 202010364696A CN 111506880 A CN111506880 A CN 111506880A
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蒋立军
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于庆洲
白世群
孙庆惠
肖旭
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Abstract

本发明公开了一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法，属于工业化生产领域；所述系统包括轴承故障库，用于存储轴承各部件故障特征频率及存储查询检索时调用的数据信息；轴承信息简易查询模块，实现轴承各部件故障特征频率结果信息的快速查询与检索；轴承信息综合查询模块，实现轴承各部件故障特征频率及其它相关结果信息的高级综合查询与检索；几何尺寸计算模块，通过输入滚动轴承物理几何尺寸、滚动体数量及转轴转速，得出轴承各部件故障特征频率。本申请可以方便快捷地计算、查询检索滚动轴承故障特征频率及其它相关信息，进而高效地诊断旋转机械滚动轴承诸多故障，并把轴承故障精确定位到关键部件上。

Description

一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法
技术领域
本发明属于工业化生产领域，适用于旋转机械故障诊断工程方向，具体说是一种基于办公软件的滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法。
背景技术
工程实践表明，旋转机械设备的滚动轴承故障是工业生产现场最常见的故障，通过对旋转机械滚动轴承产生的故障特征频率的分析与诊断，可以对其故障程度和故障点进行精确地掌控和定位，而轴承的故障特征频率通常与其自身物理几何尺寸与滚动体数量参数有关，同时还与转轴的转速息息相关。可以通过轴承几个关键部件的物理几何尺寸与滚动体数量等参数及旋转机械运行转速的相互关系，精确地计算出轴承各自部件故障时的特征频率，并结合轴承振动频谱进行分析与诊断，如果轴承某部件故障特征频率在频谱中振动幅值很大或有明显增大的趋势，则可初步判定该部位极有可能发生故障。
滚动轴承故障产生的原因很多，实践表明，其故障程度处于中晚期之前，采用普通的振动测量方法与常规诊断技术通常不能有效判定轴承故障的严重程度及部位。
目前现有的滚动轴承故障特征频率计算方法如下，参见图1，其中：
D——节圆直径；
d——滚珠或滚动体直径；
β——接触角(也称压力角：滚动轴承中套圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线的平面间的夹角)；
z——滚珠数量；
n——轴承所在转轴的转速(以频率计算)。
●内环故障特征频率
Figure BDA0002476329520000021
●外环故障特征频率
Figure BDA0002476329520000022
●滚动体故障特征频率
Figure BDA0002476329520000023
●保持架故障特征频率
Figure BDA0002476329520000024
现有的滚动轴承故障诊断技术问题在于：目前世界上主要滚动轴承生产厂商有四十多家，工程中常用生产厂家各种型号和类型的轴承近十万种，虽然各生产厂家同型号和类型的轴承内外径、宽度的物理几何尺寸基本一致，但是滚动体数量则不尽相同，通常各生产厂家在轴承用户手册中并不提供各轴承滚动体数量这一重要的参数，基于上术原因，工程应用中，获得不同生产厂家各轴承准确故障特征频率信息的渠道太少，只有高档的振动分析仪或配套的分析软件中才固化了市场上常见轴承的故障特征频率数据，但这些固化在硬件或软件中的轴承故障数据库不对外开放，而市场上销售的一些冒牌、杂牌等未知厂家和型号的轴承更是常见，这些只能靠技术人员实测其几何尺寸等参数和查数滚动体数量，然后通过公式手工计算才可得到这些轴承的故障特征频率，因此应用滚动轴承故障特征频率有效识别、诊断轴承故障的方法受到了很大限制，导致在旋转机械设备中滚动轴承异常或故障时，设备故障诊断的工程技术人员因得不到轴承各部件的故障特征频率，很难准确地判定滚动轴承故障的严重程度及具体部位。
发明内容
为解决上述现有旋转机械滚动轴承故障诊断技术存在的问题，本发明提出了一种基于办公软件的滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统及方法，可以使得设备故障诊断工程技术人员方便快捷地计算、查询检索滚动轴承故障特征频率及其常用相关信息，进而高效地诊断旋转机械滚动轴承诸多故障，并把轴承故障精确定位到关键部件上。
为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，具体包括：
轴承故障库，用于存储常用轴承各部件故障特征频率及存储查询检索时调用的轴承其它相关数据信息；
轴承信息简易查询模块，通过调用轴承故障库的数据实现轴承各部件故障频率结果信息的快速查询检索；
轴承信息综合查询模块，通过调用轴承故障库的数据实现轴承各部件故障频率及其它相关信息与计算结果的高级综合查询检索。
进一步的，还包括计算轴承故障特征频率的几何尺寸计算模块，输入滚动轴承物理几何尺寸、滚动体数量及转轴转速，然后利用滚动轴承故障特征频率计算公式得出轴承各部件故障特征频率；其具体实现方法是：
几何尺寸计算模块的工作表中第1行作为标题行，将标题行的前6列单元格A1-F1依次命名为A-滚动体中心圆(节圆)直径mm、B-滚动体直径mm、C-(β)接触角、D-滚动体数量、N转轴的转速[r/min]、N转轴的频率[Hz]等字段，见图3；
将工作表中第2行前5列单元格A2-E2设置为空，用于输入轴承的3个关键物理几何尺寸、滚动体数量及转轴转速，第6列单元格F2置入公式为＝E2/60，其功能是将第2行第5列即E2单元格中转轴的转速值转换为频率值；
将工作表中第3行前7列A3-G3单元格依次命名为自定义厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FI-内圈故障特征频率、FO-外圈故障特征频率、FB-滚动体故障特征频率、Fco-保持架故障特征频率；
将工作表中第4行第1列单元格A4设置为空，此单元格为待输入的轴承厂家，对于未知厂家轴承，统一命名为ZDY，以便记忆与查询检索方便，当然也可以使用其它三个大写字母代替，最好保证它们的排列组合未在轴承故障库工作表中已存在的轴承厂家中出现，这样通过轴承厂家代码可以有效区分新增或现有的轴承，如果是已知的轴承厂家可直接使用厂家的代码，如SKF等，通过其下述第2列单元格B4经计算后得到的代替型号类型即AxxBxxCxxDxx予以区分新增或现有轴承；第2列单元格B4置入表达AxxBxxCxxDxx代替轴承型号类型的公式，其中A代表轴承节径，其后面数字是第2行第1列即A2单元格待输入的轴承节径尺寸值；B代表滚动体直径，其后面数字是第2行第2列即B2单元格的滚动体直径尺寸值；C代表接触角，其后面数字是第2行第3列即C2单元格的角度值；D代表滚动体数量，其后面数字是第2行第4列即D2单元格的数量值。为得到代替型号类型表达形式的AxxBxxCxxDxx公式，在第2列单元格B4置入的公式为：
＝"A"&ROUND(A2,0)&"B"&ROUND(B2,0)&"C"&ROUND(C2,0)&"D"&ROUND(D2,0)，将代表滚动轴承关键物理几何尺寸及滚动体数量的字母A、B、C、D及上述4个A2、B2、C2、D2单元格的数值自动合并一起，得出来的AxxBxxCxxDxx，为代表或代替计算完成后的轴承型号类别；
将工作表中第4行第3列至第7列单元格C4-G4依次置入滚动体数量计算公式、轴承内圈故障特征计算公式、轴承外圈故障特征计算公式、轴承滚动体故障特征计算公式、轴承保持架故障特征计算公式；
优选的，可以将几何尺寸计算模块的工作表中第5行A5和第7列H1-H4设置为备注行与列，用于增加说明及解释表格中各项的含义。
为了将轴承故障库工作表中所有轴承各部件故障特征频率统一基准，本发明中轴承所处转轴的转数统一设为60转/分，频率基准统一为1Hz，在工程应用中使用转轴的实际转数除以60，转换为频率后再乘以各自1Hz时基准的故障特征频率，即可得出当时轴承各部件故障特征频率；
几何尺寸计算模块的工作表中第4行第3列至第7列单元格C4-G4依次置入的公式为：
C4单元格写入公式：＝D2，即等于工作表第2行第4列D2滚动体数量的值；
D4单元格写入公式：＝(((1+($B$2/$A$2)*COS($C$2*PI()/180)))*$D$2*$E$2)/(2*60)，即置入轴承内圈故障特征计算公式：
Figure BDA0002476329520000061
E4单元格写入公式：＝(((1-($B$2/$A$2)*COS($C$2*PI()/180)))*$D$2*$E$2)/(2*60)，即置入轴承外圈故障特征计算公式：
Figure BDA0002476329520000062
F4单元格写入公式：
＝(1-(POWER(($B$2/$A$2),2))*(POWER(COS($C$2*PI()/180),2)))*((A2*E2)/(120*B2))，即置入轴承滚动体故障特征计算公式：
Figure BDA0002476329520000063
G4单元格写入公式：＝(((1-($B$2/$A$2)*COS($C$2*PI()/180)))*$E$2)/(2*60)，即置入轴承保持架故障特征计算公式：
Figure BDA0002476329520000064
进一步的，所述几何尺寸计算模块中设有添加按钮，用于将通过上述计算公式得出的轴承各部件故障特征频率数据根据实际需求添加至轴承故障库中。
进一步的，所述添加按钮为一个圆角矩形按钮，将其命名为增加至轴承故障库，指定此按钮Sub圆角矩形－增加至轴承故障库_Click()的宏中写入VBA语言宏代码语句，其执行的任务为根据实际需要将定义命名后的轴承厂家A4单元格值如ZDY、计算后得到的代替型号类型如AxxBxxCxxDxx B4单元格值、轴承滚动体数量C4单元格值、各部件故障特征频率值D5-G5单元格值增加至轴承故障库工作表中最后一行，如果计算后得出的代替或新增型号类型的AxxBxxCxxDxx B4单元格数值与轴承故障库中的某一轴承型号类型的数值完全相同，系统则提示此轴承尺寸已存在,不必新增，这样可有效防止同规格尺寸含滚动体数量的轴承数据在轴承故障库中重复出现。图3所示：几何尺寸计算模块的工作表中粗斜体字为人工输入数据，以下同。赋予上述圆角矩形－增加至轴承故障库按钮VBA语言宏代码语句，具体为：
Sub圆角矩形－增加至轴承故障库_Click()
Dim hh Dim qq
Set myRange＝Sheets("轴承故障库").Range("A2:A80000")
dd＝Application.WorksheetFunction.CountIf(myRange,Sheets("几何尺寸计算").Cells(6,2).Value)
Beep
If dd>0 Then msgbox_return＝MsgBox("此轴承"&Sheets("几何尺寸计算").Cells(6,2)&"尺寸已存在,不必新增。")
If msgbox_return＝vbYes Then
End If
Else
Sheets("轴承故障库").Activate
Set f＝Application.WorksheetFunction
If Sheets("轴承故障库").Cells(f.CountA(Range("a:a"))+1,1)＝""ThenMsgBox("此条记录将增至轴承故障库第"&f.CountA(Range("a:a"))+1&"行")
hh＝f.CountA(Range("a:a"))+1
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,1).Value＝hh
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,2).Value＝hh
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,3).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,1)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,4).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,2)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,5).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,3)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,6).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,4)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,7).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,5)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,8).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,6)
Sheets("轴承故障库").Cells(hh,9).Value＝Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,7)
Beep
MsgBox("分配给此轴承的型号为:"&Sheets("几何尺寸计算").Cells(4,2).Value&"在轴承故障库的行号为：A"&hh&"；序号："&hh)
Else
MsgBox("数据不连续，中间有空白行，请确认！")
End If
End If
qq:
End Sub
进一步的，所述轴承故障库，包括存储的若干条已知轴承各部件故障特征频率及其常用相关信息，和通过几何尺寸计算模块得出的新增轴承各部件故障特征频率及其滚动体数量的数据，同型号轴承因滚动体不同会产生不同的故障频率，所以将各轴承的滚动体数量和其故障特征频率一起存储到轴承故障库，便于相互识别与区分。
进一步的，所述轴承故障库的工作表中的第1行作为标题行，将标题行的A1-I1单元格依次命名为序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率等字段；将已搜集完成的轴承故障数据及其它常用信息按上述格式和规则导入此轴承故障库中。
进一步的，轴承信息简易查询模块的工作表第1行作为标题行，将标题行的A1-K1单元格依次命名为待查的轴承厂家、型号类型标题字段及显示查询结果的序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率等标题字段，并在此模块中建立一个多条模糊查询按钮，以供执行多条模糊查询检索轴承故障信息任务时调用；
此工作表中第2行第1列A2和第2行第2列B2单元格为待输入查询条件的轴承厂家和型号类型，在查询检索时在A2和B2单元格中输入轴承厂家与(和)/或型号类型信息，即由轴承信息简易查询模块的工作表中的轴承厂家和型号类型两个关键字段与轴承故障库工作表中的轴承厂家和型号类型字段建立相互匹配信息的查询条件的索引；第2行第3列至第11列即C2-K2单元格中置入按上述两个关键字段与(和)的查询检索条件的结果显示公式，实现单条精确查询结果的显示功能；第3行第3列至第11列即C3-K3单元格中置入的是按上述两个关键字段单独或联合的查询检索条件的结果显示公式，实现单条模糊查询结果的显示功能；当在轴承故障库工作表中查询检索到与查询条件轴承厂家与/或型号类型匹配的内容信息时则显示查询结果，即可查询检索到一条最接近查询条件关键字段的轴承相关信息，否则显示未查到；其第3行第1列与第2行第1列合并为同一单元格A2，第3行第2列与第2行第2列合并为同一单元格B2；使轴承信息简易查询模块中，在应用查询与检索功能时共享轴承厂家和/或型号类型两个查询检索条件的关键字段，见图5，具体实施方法为：
工作表中第2行C2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！A$2:A$80000),"未查到")；
工作表中第2行D2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！B$2:B$80000),"未查到")；
工作表中第2行E2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！C$2:C$80000),"未查到")；
工作表中第2行F2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！D$2:D$80000),"未查到")；
工作表中第2行G2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！E$2:E$80000),"未查到")；
工作表中第2行H2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！F$2:F$80000),"未查到")；
工作表中第2行I2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！G$2:G$80000),"未查到")；
工作表中第2行J2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！H$2:H$80000),"未查到")；
工作表中第2行K2单元格输入公式为：＝IFERROR(LOOKUP(1,0/((轴承故障库！$C$2:轴承故障库！$C$80000＝$A$2)*(轴承故障库！$D$2:轴承故障库！$D$80000＝$B$2)),轴承故障库！I$2:I$80000),"未查到")；
工作表中第3行C3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！A$2:A$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行D3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！B$2:B$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行E3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！C$2:C$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行F3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！D$2:D$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行G3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！E$2:E$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行H3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！F$2:F$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行I3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！G$2:G$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行J3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！H$2:H$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")；
工作表中第3行K3单元格输入公式为：＝IFERROR(INDEX(轴承故障库！I$2:I$80000,MATCH($A$2&"*"&$B$2&"*",轴承故障库！$C$2:$C$80000&"*"&轴承故障库！$D$2:$D$80000&"*",0)),"未查到")。
轴承信息简易查询模块中工作表中设有多条模糊查询按钮，执行显示所有与轴承故障库工作表中匹配待查轴承厂家和包含待查型号类型全部或部分关键字段的轴承故障特征频率信息结果，所述多条模糊查询按钮应用时，所输入的待查型号类型字段在轴承故障库工作表可为完整的或不完整的型号类型，只要满足上述条件的轴承故障特征频率信息结果均可显示出来，其显示结果从轴承信息简易查询模块的工作表中第5行C5单元格开始显示，至所有结果全部显示为止，见图6；
为了使多条模糊查询按钮执行其相应功能，将该按钮指定下述VBA宏语句代码：
Sub多条模糊查询()
Dim r&,i&
Dim arr,brr
With Worksheets("简易查询")
If.Range("a2")＝""Or.Range("b2")＝""Then
MsgBox"查询条件不能为空！"
Exit Sub
End If
tj1＝.Range("a2")
tj2＝.Range("b2")
End With
With Worksheets("轴承库")
r＝.Cells(.Rows.Count,1).End(xlUp).Row
arr＝.Range("a2:k"&r)
ReDim brr(1 To UBound(arr),1 To UBound(arr,2))
For i＝1 To UBound(arr)
If arr(i,3)＝tj1 And arr(i,4)Like tj2&"*"Then
m＝m+1
For j＝1 To UBound(arr,2)
brr(m,j)＝arr(i,j)
Next
End If
Next
End With
If m＝0 Then
MsgBox"没有查到符合条件的数据库！"
Exit Sub
End If
With Worksheets("简易查询")
.UsedRange.Offset(5,0).ClearContents
.Range("c4").Resize(UBound(brr),UBound(brr,2))＝brr
End With
End Sub
进一步的，所述轴承信息综合查询模块的工作表中第1行前2列A1、B1单元格依次命名为轴承厂家、型号类型待查条件的标题字段，工作表中第2行前2列A2、B2单元格为待输入的与标题字段A1、B1单元格对应的具体待查轴承厂家、型号类型索引字段；
轴承信息综合查询模块的工作表中第1行第3列A3之后的单元格依次命名为轴承其它相关信息查询结果的标题字段，对应轴承故障库的信息字段可包括：轴承新型号、轴承类型、轴承旧型号、内径、外径、宽度、材质、不同润滑条件下的最大允许转数、加油量限值、重量等多种显示查询结果的字段，其标题字段内容与数量不限于此，但必须是轴承故障库内已拥有或存在的信息，各字段间需有必然的对应关系，当然这部分字段在本发明申请中不是必须的；
第3行为备用行，第4行自第1列A4单元格开始依次命名为待查轴承故障特征频率查询结果的标题字段，其至少包括：序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率字段，其后的字段在本发明申请中选用了各轴承部件故障特征频率的2、3倍关系的计算结果，由系统自动计算并显示，因为滚动轴承的各部件发生严重故障时，其振动频谱中往往不但出现其特征频率基频或一倍分量，还会出现其基频或一倍分量整数倍的谐波，即基本故障特征频率的2、3等倍数的频率成分或分量，图9、10。
所述轴承信息综合查询模块包括多种条件查询与索引功能，可根据具体需要进行灵活设置与应用，本发明申请中具有为查询结果进行再次计算、分类汇总、高级筛选，数据透视、查询结果可快速在轴承故障库工作表中定位，实现追溯功能等。
第二方面提供了一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索方法，应用当前常用办公软件WPS Office或Microsoft Office Excel，采用内部嵌入的函数计算公式精确计算滚动轴承各部件故障特征频率数据，并可根据需要将满足条件的数据存储至预先设置与收集好的轴承故障库中，备以后方便查询引用。在轴承几何尺寸计算模块中，如果提供的是已知轴承厂家和型号类型的轴承可保留这二个字段，否则对未知轴承厂家和型号类型的轴承用如ZDY字母自定义命名其厂家，系统会根据提供的滚动轴承的节径、滚动体裁直径、接触角、滚动体数量4个参数自动计算其故障特征频率，并根据上述4个参数的数值和代码自动生成新的或代替型号类型，使各种自定义的同规格参数及滚动体数量的轴承类型型号保持一致，在存储到轴承故障库时，如果轴承故障库已存在同样的类型型号时，系统会自动识别并提示操作者，这样可有效避免相同物理尺寸和滚动体数量轴承在轴承故障库重复出现。在轴承故障简易和综合两个查询检索模块中，可利用轴承厂家与(和)/或型号类别字段共同或单独建立查询索引条件，使用办公软件中内置的条件判断与查询函数、VBA宏语言、MSQUERY或SQL数据库，灵活方便地实现滚动轴承故障特征频率及相关常用信息的快速计算、查询检索等功能，使复杂的计算、查询检索工作简单化，智能化。
本申请的轴承故障库中存储有已收集与计算完成的世界近四十多个轴承生产厂家的八万多条数据信息，可方便快捷地实现滚动轴承故障特征频率及其它相关常用信息的多种查询检索功能，为现场设备故障诊断工程技术人员准确、快速地进行滚动轴承故障诊断与处理提供了极大的便利条件。本发明方案不仅可以在普通电脑的办公软件上实施，亦可以在能运行WPS或Excel程序的智能手机上实现。
上述方法的实施方案可以为：首先在EXCEL某一工作簿中建立4个工作表，依次将命名为：几何尺寸计算、轴承故障库、轴承信息简易查询、轴承信息综合查询，各表将第1行的标题行单元格依次命名相关标题字段。首先在几何尺寸计算工作表中，在指定单元格中输入待计算的滚动轴承故障特征频率所必要的轴承物理几何尺寸：节径、接触角、滚动体直径，滚动体数量以及计算滚动轴承故障特征频率结果的公式，随后建立并命名一个增加至轴承故障库执行按钮，利用办公软件自带的VBA宏语言代码编程，执行将上述滚动轴承故障特征频率计算结果的数据存储到已建好的轴承故障库工作表中，最后在轴承信息简易查询和轴承信息综合查询工作表中，利用输入的查询条件及显示结果的条件判断函数公式、MSQUERY或SQL数据库来调用轴承故障库工作表的轴承故障特征频率等相关数据与信息，以实现多种简易和高级查询检索功能。实际应用中，可以根据需要在轴承信息简易查询、轴承信息综合查询两表中任选其一实现上述查询检索功能。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请通过输入与滚动轴承相关几个关键数据或参数，即可自动和精确地给出滚动轴承各主要部件故障特征频率数据及相关结果，还能利用轴承故障数据库中已存在的轴承厂家、型号和类别作为查询索引条件，实现多功能简易和高级检索功能。
本技术方案可广泛应用于旋转机械故障诊断工程技术方向，是现场设备故障诊断工程师必备的实用系统与方法。通过本技术方案的应用，不但可提高旋转机械设备的安全性和可靠性，而且可降低大量的检修成本及劳动强度，具有很强的实用性和推广性，可以在石化、冶金、电力、交通等与旋转机械相关行业中进行全面推广。
附图说明
图1为背景技术中滚动轴承部件故障频率计算所需几何尺寸参数图；
图2为本申请四个模块中工作表示意图；
图3为本申请几何尺寸计算模块显示结果示意图；
图4为本申请轴承故障库显示结果示意图；
图5为本申请轴承信息简易查询模块中精确条件查询显示结果图；
图6为本申请轴承信息简易查询模块中模糊条件查询显示结果图；
图7为精确查询SKF6310轴承故障特征信息的结果图；
图8为模糊匹配查询SKF631轴承故障特征信息的结果图；
图9为轴承信息综合查询模块精确查询SKF6310轴承结果图；
图10为轴承信息综合查询模块模糊查询SKF6310轴承结果图；
具体实施方式
本申请实施例中提供了2个基于常用办公软件的旋转机械滚动轴承故障特征频率快速计算与查询检索实践案例。
实施例1，轴承的故障频率计算与查询检索：
某未知厂家型号的深沟球轴承，其节圆直径D＝33.5mm，滚动体直径d＝7.938mm，滚珠数量z＝8，接触角β＝3°，为了与轴承故障库工作表中基准统一，设转轴的转速N＝60r/min时，频率n＝1Hz，且轴承外圈固定，内圈随转轴同步旋转，在几何尺寸计算模块工作表中输入上述参数得出轴承各部件故障特征频率，其按常规公式计算结果如下：
其中：β＝cos3°＝0.98999
内环故障特征频率
Figure BDA0002476329520000171
fi＝8/2*(1+7.938/33.5*cos3°)*50＝4.947*1＝4.95[Hz]；
外环故障特征频率
Figure BDA0002476329520000172
f0＝8/2*(1—7.938/33.5*cos3°)*50＝3.053*1＝3.05[Hz]；
滚动体故障特征频率
Figure BDA0002476329520000173
fb＝8/2*33.5/7.938[1-(7.938/33.5)2*cos3°]*1＝1.992[Hz]；
保持架故障特征频率
Figure BDA0002476329520000174
fco＝1/2*(1-7.938/33.5*cos3°)*50＝0.382[Hz]。
参见图3几何尺寸计算模块工作表，当按下增加至轴承故障库按钮，可将该自定义轴承厂家ZDY、型号类型A34B8C3D8及滚动体数量与轴承各部件故障特征频率信息保存至轴承故障库工作表的默认最后一行中。序号与轴承ID号一致，即在上一条轴承序号和ID号上加1，见图4轴承故障库工作表中最后新增一行数据后的结果；
用轴承信息简易查询模块对上一条新增轴承厂家ZDY、型号类型A34B8C3D8的轴承进行单条精确与模糊条件匹配查询，其结果见图5中C2至K2和C3至K3；
用轴承信息简易查询模块对上一条新增轴承厂家ZDY、型号类型A34B8C3D8的轴承做多条模糊条件匹配查询，其结果见图6中C5至K8单元格。
实施例2，利用轴承信息简易查询模块及轴承信息综合查询模块进行多功能查询检索方法为：
用轴承信息简易查询模块中的单条精确和模糊条件匹配查询功能对某轴承各部件故障特征频率查询：例如查询轴承厂家和型号类型分别为SKF和6310轴承在轴承故障库中各部件故障特征频率的方法为，在待查轴承厂家单元格A2里输入SKF，在待查型号类别单元格B2中输入6310进行单条精确与模糊查询，所得结果见图7中C2至K2和C3至K3单元格；当按下多条模糊查询按钮，所得结果见图7中C5至K18单元格；如果按同样的方法与操作将上述型号类型的中6310改成631，所得结果见图8，图中单条精确查询结果为空，因为轴承故障中没有与631完全匹配的型号类型；
轴承信息综合查询模块中用MSQUERY或SQL数据库应用功能进行在轴承故障库中查询全部包含并匹配轴承厂家SKF和型号类型6310的轴承综合信息，所得结果见图9中A5至U23单元格；
轴承信息综合查询模块中用MSQUERY或SQL数据库应用功能进行在轴承故障库中查询全部包含并匹配轴承厂家SKF和型号类型631的轴承综合信息，所得结果见图10中A5至U148单元格。
以上所述，仅为本发明技术方案创造优选实施方式，但是本发明技术方案并不限于上述实施方式中的具体细节，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明技术方案创造披露的技术范围内，根据本发明技术方案创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明技术方案创造的保护范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明技术方案对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明技术方案的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，具体包括：
轴承故障库，用于存储轴承各部件故障特征频率及存储查询检索时调用的轴承相关数据信息；
轴承信息简易查询模块，通过调用轴承故障库的数据实现轴承各部件故障特征频率结果信息的快速查询检索；
轴承信息综合查询模块，通过调用轴承故障库的数据实现轴承各部件故障特征频率及相关信息与计算结果的高级综合查询检索。
2.根据权利要求1所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，还包括几何尺寸计算模块，输入滚动轴承物理几何尺寸、滚动体数量及转轴转速，然后利用滚动轴承故障特征频率计算公式得出轴承各部件故障特征频率。
3.根据权利要求2所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，几何尺寸计算模块的工作表中第1行作为标题行，将标题行的前6列A1-F1单元格依次命名为A-滚动体中心圆直径mm、B-滚动体直径mm、C-(β)接触角、D-滚动体数量、N转轴的转速[r/min]、N转轴的频率[Hz]；
将工作表中第2行前5列A2-E2单元格设置为空，用于输入滚动轴承故障特征频率计算时的物理几何尺寸、滚动体数量及转轴转速，第6列单元格即F2置入公式为＝E2/60，其功能是将第2行第5列即E2单元格中转轴的转速转换为频率值；
将工作表中第3行前7列A3-G3单元格依次命名为自定义厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FI-内圈故障特征频率、FO-外圈故障特征频率、FB-滚动体故障特征频率、Fco-保持架故障特征频率；
将工作表中第4行第4列至第7列D4-G4单元格依次置入轴承内圈故障特征频率计算公式、轴承外圈故障特征频率计算公式、轴承滚动体故障特征频率计算公式、轴承保持架故障特征频率计算公式；
将工作表中第4行第1列A4单元格设置为空，此单元格为待输入的轴承厂家，对于未知厂家轴承，命名时统一输入为ZDY；第2列单元格B4置入AxxBxxCxxDxx形式的代替其轴承型号类型的计算公式，其中A代表轴承节径，其后面数字是第二行第一列即A2单元格待输入的轴承节径尺寸值，单位是mm；B代表滚动体直径，其后面数字是第二行第二列即B2单元格的滚动体直径尺寸值，单位是mm；C代表接触角，其后面数字是第二行第三列即C2单元格的角度值，单位是度；D代表滚动体数量，其后面数字是第二行第四列即D2单元格的数量值，单位是个。
4.根据权利要求2或3所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，所述几何尺寸计算模块中设有添加按钮，用于将通过计算公式得出的轴承各部件故障特征频率添加至轴承故障库中；
所述添加按钮为一圆角矩形按钮，将其命名为增加至轴承故障库，其执行的任务为将定义命名后的轴承厂家、计算后得到的代替型号类型结果及轴承各部件故障特征频率增加至轴承故障库工作表中最后一行，如果计算后得到的代替型号类型结果AxxBxxCxxDxx与轴承故障库中的某一轴承型号类型字段完全相同，则提示此轴承尺寸已存在,不必新增。
5.根据权利要求1所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，所述轴承故障库，包括存储的若干条已知轴承各部件故障特征频率及常用相关信息，和通过几何尺寸计算模块得出的新增轴承各部件故障特征频率以及与之对应的滚动轴承滚动体数量。
6.根据权利要求5所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，所述轴承故障库的工作表第一行作为标题行，将标题行的A1-I1单元格依次命名为序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率；并将已搜集的轴承故障特征频率数据信息按上述格式要求导入此轴承故障库中。
7.根据权利要求4所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，轴承信息简易查询模块的工作表第1行作为标题行，将标题行的A1-K1单元格依次命名为序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率；
此工作表中第2行第一列A2和第2行第二列B2单元格为待查轴承的轴承厂家和型号类型，在查询检索时输入两者信息，即由轴承信息简易查询模块工作表中轴承厂家和型号类型与轴承故障库工作表中轴承厂家和型号类型两个关键字段建立查询条件关系的索引；第2行第3列至第11列即C2-K2单元格置入按上述两个关键字段与(和)的条件查询的结果公式，由此实现的是单条精确结果查询功能，当查询检索到与轴承厂家和型号类型匹配的信息时则显示查询结果，否则显示未查到；第3行第3列至第11列即C3-K3单元格置入按上述两个关键字段与(和)/或的条件查询的结果公式，由此实现单条模糊结果查询功能，当查询检索到与轴承厂家和/或型号类型匹配的信息时则显示查询结果，否则显示未查到；其中第3行第1列与第2行第1列合并为同一单元格为A2，第3行第2列与第2行第2列合并为同一单元格为B2。
8.根据权利要求7所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，轴承信息简易查询模块中设有多条模糊查询按钮，执行显示所有该模块工作表A2和B2单元格中输入的待查轴承的轴承厂家和型号类型两个查询条件与轴承故障库工作表中数据信息相匹配的轴承故障特征频率信息结果；其显示结果从此工作表第5行C5单元格开始显示，至所有结果全部显示为止，B2单元格中所输入的型号类型查询条件关键字段可为完整的或不完整的部分字段。
9.根据权利要求1所述一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索系统，其特征在于，所述轴承信息综合查询模块的工作表第1行作为标题行，将标题行的前2列A1、B1单元格依次命名为轴承厂家、型号类型工作表中第2行前2列A2、B2单元格为待输入的与标题字段对应的具体两个关键查询条件字段信息；
第4行A4以后单元格依次为查询结果的标题字段其至少包括：序号、轴承ID、轴承厂家、型号类型、#B/R-滚动体数量、FTF-保持架故障特征频率、BSF-滚动体故障特征频率、BPFO-外环故障特征频率、BPFI-内环故障特征频率；
第1行第3列以后的单元格依次为信息查询结果的标题字段，其中包括相关统计信息和轴承新型号、轴承类型、轴承旧型号、内径、外径、宽度、材质、不同润滑条件下的最大允许转数、加油量限值、重量。
10.一种滚动轴承故障频率快速计算、查询检索方法，其特征在于，输入滚动轴承物理几何尺寸、滚动体数量和转轴转速，然后利用滚动轴承故障特征频率计算公式得出轴承各部件故障特征频率，根据需要将计算结果数据存储到轴承故障库中；如果是已知轴承厂家和型号类型的轴承则保留这二个字段，否则对未知轴承厂家和型号类型的轴承用ZDY自定义命名其厂家，所述型号类别是按轴承相关物理几何尺寸、滚动体数量对应的字母和数值自动计算生成；所述轴承厂家和型号类型的信息随计算后的轴承各部件故障特征频率结果一起存储到轴承故障库中，由此在轴承信息简易查询模块和轴承信息综合查询模块中利用轴承厂家和型号类别作为两个索引字段共同或单独建立查询条件，完成待查轴承的故障特征频率及相关信息的查询检索。
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CN107063428A (zh) * 2017-04-19 2017-08-18 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种在线振动监测系统的故障特征频率显示方法及装置

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