CN113418704B - 一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,基于微振动峭度,提出峭度波动系数和峭度本构系数两个参数,以表征轴承在初期跑合过程中各峭度值的关联关系。通过样本轴承数据验证采用两种参数进行轴承筛选的可行性,建立空间轴承早期故障的诊断方法与判据。进而对实际生产过程中的轴承状态进行评价,解决了传统轴承故障检测方法容易造成状态误判、筛选手段不严格的问题,可以推广应用于其他高速轴承产品的研制阶段筛选。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,属于空间轴承制造技术领域。
背景技术
轴承组件是卫星飞轮和CMG的核心支撑部分,对于轻载高速轴承,主要通过对轴承长时间跑合过程中的电机电流、轴承温度、转速等参数进行监测,或人为感受振动和噪声来评价飞轮轴承是否合格,难以识别早期微弱故障轴承。微振动测试方法具有简单易行、成本低、敏感度高、实时性好等优点。
采用时域峭度指标的方法,对空间轴承开展了故障判定方法研究,可有效识别空间轴承故障,但难以鉴别临界故障状态的轴承。而明确识别临界故障,对空间轴承早期故障诊断是极为重要的,一方面可避免淘汰合格轴承所造成的损失,另一方面,能够准确淘汰隐患轴承,避免后续在轨出现问题。此外,空间轴承在初期跑合运转过程中,由于轴承润滑状态不稳定等因素,很可能出现瞬时的峭度突变,而单一的峭度数值无法评价整个跑合过程中的轴承状态,易造成轴承状态误判。因此,在地面研制阶段,需要增加其他有效筛选手段加严轴承筛选,避免潜在质量隐患轴承的交付。
发明内容
本发明解决的技术问题是:针对目前现有技术中,传统轴承故障检测方法容易造成状态误判、筛选手段不严格的问题,提出了一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的:
一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,步骤如下:
(1)于轴承组件完成一定时间跑合后,将振动传感器设置于外部测试工装的轴承中心轴位置处,利用外部信号采集分析系统配合进行微振动测试,获取时域波形信号;
(2)根据一定时间内的测量所得微振动加速度信号计算一组峭度值,删除峭度异常值并进行统计;
(4)利用步骤(3)计算所得参数对轴承组件进行筛选。
所述步骤(2)中,峭度值的计算方法如下:
所述步骤(2)中,若振动传感器各通道的峭度值均高于所在通道峭度均值的1.5倍,则该峭度值异常,将所有异常峭度值筛选后剔除。
所述步骤(3)中,峭度均值的计算方法为:
式中,Kur为当前计算所得峭度值;
峭度波动系数的计算方法为:
式中,σk为峭度的标准差,μk为峭度的均值,a、b为取值小于0的系数;
峭度本构系数的计算方法为:
所述步骤(4)中,筛选判据具体为:
峭度本构系数Kb<Kbx;
峭度波动系数Kc<Kcx;
若三条判据全部满足,则当前轴承组件合格,若任一判据不满足,则当前轴承组件不合格。
所述步骤(1)中,一定时间跑合具体为:对轴承组件进行三向标称转速下跑合时间大于100h;
微振动测试时长于不同转速下均不小于0.5h;
微振动测试过程中,获取的时域波形信号采集时,采样频率不低于2048Hz。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明提供的一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,通过合理增加微振动测试,既不改变现有研制流程,又能覆盖到性能测试工序全过程,解决单一的峭度数值易造成轴承状态误判的问题,通过对振动峭度统计值进行再计算,获得稳定、可靠的量化指标参数来反映轴承状态优劣,减小峭度数值波动对数据判读的影响,增强评价结果的容错性、稳定性和可靠性;
(2)本发明采用多参数表征轴承在初期跑合过程中,峭度值之间的关联关系,经样本轴承数据验证后,建立空间轴承早期故障的诊断方法与判据,进而对实际生产过程中的轴承状态进行评价,能够及时筛选出临界故障轴承,避免存在早期故障轴承的交付安装,可以推广应用于其他高速轴承产品的研制阶段筛选。
附图说明
图1为发明提供的轴承故障判定方法流程图;
图2为发明提供的微振动测试系统工作原理图;
图3为发明提供的1#轴承早期故障轴承沟道划伤外观图;
图4为发明提供的2#轴承早期故障轴承保持架兜孔磨损外观图;
图5为发明提供的3#轴承早期故障轴承含油量过多外观图;
图6为发明提供的4#轴承早期故障轴承保持架粉末掉落外观图;
具体实施方式
一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,基于微振动峭度,提出峭度波动系数和峭度本构系数两个参数,以表征轴承在初期跑合过程中各峭度值的关联关系。通过样本轴承数据验证采用两种参数进行轴承筛选的可行性,建立空间轴承早期故障的诊断方法与判据。进而对实际生产过程中的轴承状态进行评价,具体方法步骤如下:
(1)于轴承组件完成一定时间跑合后,将振动传感器设置于外部测试工装的轴承中心轴位置处,利用外部信号采集分析系统配合进行微振动测试,获取时域波形信号;
其中,一定时间跑合具体为:对轴承组件进行三向标称转速下跑合时间大于100h;
微振动测试时长于不同转速下均不小于0.5h;
微振动测试过程中,获取的时域波形信号采集时,采样频率不低于2048Hz;
(2)根据一定时间内的测量所得微振动加速度信号计算一组峭度值,删除峭度异常值并进行统计;
其中,峭度值的计算方法如下:
若振动传感器各通道的峭度值均高于所在通道峭度均值的1.5倍,则该峭度值异常,将所有异常峭度值筛选后剔除;
其中,峭度均值的计算方法为:
式中,Kur为当前计算所得峭度值;
峭度波动系数的计算方法为:
式中,σk为峭度的标准差,μk为峭度的均值,a、b为取值小于0的系数;
峭度本构系数的计算方法为:
(4)利用步骤(3)计算所得参数对轴承组件进行筛选;
其中,筛选判据具体为:
峭度本构系数Kb<Kbx;
峭度波动系数Kc<Kcx;
下面结合具体实施例进行进一步说明:
在本实施例中,如图1、图2所示,针对所选轴承组件故障诊断的具体流程如下:
(1)在轴承组件完成长时间预跑合后,将振动传感器布置于测试工装上位于轴承中心轴位置,通过信号采集分析系统进行微振动测试,得到时域波形信号,测试时长不短于t,采样频率SF;
(2)以设定时间内的微振动加速度信号计算一组峭度,删除峭度异常值,并进行统计;
删除峭度异常值方法:若每个通道的峭度值都高于所在通道均值的1.5倍,则认为是异常值,将筛选出的异常值剔除;
峭度均值的计算方法为:
峭度波动系数
峭度本构系数:
对轴承开展筛选,筛选判据包括:
峭度本构系数Kb<Kbx;
峭度波动系数Kc<Kcx;
若满足时域判据全部满足,轴承合格;其他情况,轴承不合格。
如图3-图6所示,1#、2#、3#、4#轴承组件是在轨应用较多的某一规格轴承产品,针对以上4个轴承组件,进行微振动测试,通过传统方法,即电机电流、轴承温度、转速和声音感受等,未识别出异常,从拆解结果看,1#轴承组件在长期跑合后出现轴承沟道划伤,2#轴承组件在长期跑合后出现保持架磨损,3#轴承组件在长期跑合后出现轴承含油量过多,4#轴承组件在长期跑合后出现轴承保持架粉末掉落。
实施例1
(1)轴承组件在长期跑合后,对1#轴承组件开展微振动测试得到微振动时域信号,每个转速测试时长约0.5h,采样频率为25.6kHz,设计标称转速为4600rpm,工作转速为3000rpm;
(2)对1#轴承组件时域波形信号计算得到峭度,删除峭度异常值,并进行统计;
实施例2
(1)轴承组件在长期跑合后,对2#轴承组件开展微振动测试得到微振动时域信号,每个转速测试时长约0.5h,采样频率为25.6kHz,设计标称转速为4600rpm,工作转速为3000rpm;
(2)对2#轴承组件时域波形信号计算得到峭度,删除峭度异常值,并进行统计;
实施例3
(1)轴承组件在长期跑合后,对3#轴承组件开展微振动测试得到微振动时域信号,每个转速测试时长约0.5h,采样频率为25.6kHz,设计标称转速为4600rpm,工作转速为3000rpm;
(2)对3#轴承组件时域波形信号计算得到峭度,删除峭度异常值,并进行统计;
实施例4
(1)轴承组件在长期跑合后,对4#轴承组件开展微振动测试得到微振动时域信号,每个转速测试时长约0.5h,采样频率为25.6kHz,设计标称转速为4600rpm,工作转速为3000rpm;
(2)对4#轴承组件时域波形信号计算得到峭度,删除峭度异常值,并进行统计;
综上所述,本方法已在空间高速轴承研制流程中成功应用,轴承拆解验证结果显示本发明方法可有效识别出传统方法无法识别的早期故障轴承,充分表明该方法的有效性
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,其特征在于步骤如下:
(1)于轴承组件完成一定时间跑合后,将振动传感器设置于外部测试工装的轴承中心轴位置处,利用外部信号采集分析系统配合进行微振动测试,获取时域波形信号;
(2)根据一定时间内的测量所得微振动加速度信号计算一组峭度值,删除峭度异常值并进行统计;
(4)利用步骤(3)计算所得参数对轴承组件进行筛选;
其中,峭度均值的计算方法为:
式中,Kur为当前计算所得峭度值;
峭度波动系数的计算方法为:
式中,σk为峭度的标准差,μk为峭度的均值,a、b为取值小于0的系数;
峭度本构系数的计算方法为:
3.根据权利要求1所述的一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,其特征在于:
所述步骤(2)中,若振动传感器各通道的峭度值均高于所在通道峭度均值的1.5倍,则该峭度值异常,将所有异常峭度值筛选后剔除。
5.根据权利要求4所述的一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,其特征在于:
若三条判据全部满足,则当前轴承组件合格,若任一判据不满足,则当前轴承组件不合格。
6.根据权利要求1所述的一种基于微振动峭度改进的轴承故障判定方法,其特征在于:
所述步骤(1)中,一定时间跑合具体为:对轴承组件进行三向标称转速下跑合时间大于100h;
微振动测试时长于不同转速下均不小于0.5h;
微振动测试过程中,获取的时域波形信号采集时,采样频率不低于2048Hz。
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