一種電機軸承外圈故障辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電機軸承外圈故障辨識方法，其步驟如下：(一)先通過加速度傳感器獲取軸承各個位置的振動信號，并將振動信號通過濾波器過濾，獲得一個序列；(二)對序列進(jìn)行幅值操作得到Sig(k)；(三)對(二)中的得到的Sig(k)進(jìn)行傅里葉變化，得到(四)獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架在特征頻率處的幅值，依次為Ao、Ai、Ab、Ac；(五)將獲得的Ao、Ai、Ab、Ac，組成矩陣X，并從協(xié)方差矩陣S后獲得均值μ，根據(jù)得到的均值μ，分別獲得Ao到μ的距離、Ai到μ的距離、Ab到μ的距離、Ac到μ的距離；(六)根據(jù)獲得的D(Ao)、Ｄ(Ai)、Ｄ(Ab)和Ｄ(Ac)的值，通過D(Ao)與Ｄ(Ai)、Ｄ(Ab)和Ｄ(Ac)的比值是否大于5獲得外圈是否處于故障狀態(tài)。本發(fā)明能夠利用軸承各特征頻率為特征向量，并采用馬氏距離法進(jìn)行辨識，將極大提高外圈運行狀態(tài)的分類。
【專利說明】
一種電機軸承外圈故障辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于軸承故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種電機軸承外圈故障辨識方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軸承是旋轉(zhuǎn)機械裝備的關(guān)鍵部件之一，其狀態(tài)直接影響設(shè)備的正常運行。通過對 振動信號的處理和分析，實現(xiàn)對機械部件的故障診斷，是比較常見的處理方式，流程見圖1 所示。通過分析振動信號即可發(fā)現(xiàn)潛在故障(或故障源），則基于現(xiàn)有振動信號預(yù)測信號未 來走勢，從而發(fā)現(xiàn)潛在故障，也是可行的。
[0003] 軸承的故障診斷一般分為三個步驟:信號采集、故障提取(信號處理)和故障診斷。 其中故障提取是關(guān)鍵步驟。如何有效的提取故障信號一直是軸承故障研究領(lǐng)域的熱門。信 號處理與頻譜分析的目的是要描述信號的頻譜含量在時間上變化，以便能在時間和頻譜上 同時表示信號的能量或者強度。傳統(tǒng)的傅立葉變化并沒有告訴我們那些頻率在什么時候出 現(xiàn)，因此該方法無法表現(xiàn)出信號的時變性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服【背景技術(shù)】的缺點與不足之處，本發(fā)明提出一種電機軸承外圈故障辨識方 法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種電機軸承外圈故障辨識方法，其步驟如下：
[0006] ( - )先通過加速度傳感器獲取軸承各個位置的振動信號，并將振動信號通過濾波 器過濾，獲得一個序列；
[0007] (二)對(一)所獲的序列進(jìn)行求幅值操作得到Sig(k)，k = 0，l，…，N_1，N為采樣點 個數(shù)；
[0008] (三)對(二）中得到的S i g (k)進(jìn)行傅里葉變化，得到
[0009]
[0010] (四）獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架在特征頻率處的幅值，依次為Α〇、Α??;
[0011] (五)將步驟（四）中獲得的^1、知、1，組成矩陣乂，并從協(xié)方差矩陣5后獲得均值 μ，然后根據(jù)得到的均值μ，分別獲得Α。到μ的距離、Α4?」μ的距離、Ab到μ的距離、Α。到μ的距離：
[0012
[0013](六)根據(jù)步驟(五）中獲得的DUohDUihDUb)和D(AC)的值，通過判斷D(A。)與D (&)、0(知)和D(AC)的比值是否大于5獲得外圈是否處于故障狀態(tài)。
[0014] 首先獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架的特征頻率公式，
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] 其中Db為滾動體直徑、De為滾動軸承平均直徑(節(jié)徑）、θ為徑向方向接觸角、Fs為軸 的轉(zhuǎn)頻、F b為滾動體特征頻率、Fbpi為內(nèi)圈特征頻率、Fbp。為外圈特征頻率、F。為保持架特征頻 率、Nb為滾動體個數(shù)，
[0020] 其次，以
?分別獲得軸承的外圈頻域特 征量Α。、內(nèi)圈頻域特征量Ai、滾動體頻域特征量Ab、保持架頻域特征量Α。。
[0021] 所述外圈的頻域特征量A。由以下公式
[0022]
[0023]所述內(nèi)圈頻域特征量仏由以下公式
[0024]
[0025] 所述滾動體頻域特征量Ab由以下公式
[0026]
[0027] 所述保持架頻域特征量A。由以下公式
[0028]
[0029]所述(一）中濾波器的帶寬為6~12kHz。
[0030] 本發(fā)明能夠利用軸承各特征頻率為特征向量，并采用馬氏距離法進(jìn)行辨識，將極 大提高外圈運行狀態(tài)的分類。
【附圖說明】
[0031] 圖1為軸承信號處理流程圖。
[0032]圖2為外圈辨識方法流程圖。
【具體實施方式】
[0033]下面針對附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步說明：
[0034] 本發(fā)明提供一種電機軸承外圈故障辨識方法，其步驟如下：
[0035] ( - )先通過加速度傳感器獲取軸承各個位置的振動信號，并將振動信號通過濾波 器過濾，獲得一個序列，濾波器的帶寬為6~12kHz;
[0036](二)對(一)所獲的序列進(jìn)行求幅值，用Sig(k)表示，k = 0，l，-_，N-l，N為采樣點個 數(shù)；
[0037](三)對(二）中的得到的Sig(k)進(jìn)行傅里葉變化，得到
[0038]
[0039] (四）通過(三)的公式獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架在特征頻率處的幅值，依次 為 A。、Ai、Ab、Ac;
[0040] 由F(r)獲得軸承數(shù)據(jù)包含軸承四部分相關(guān)信息，即各部分相互影響，因此對外圈 辨識造成困難，但是馬氏距離其排除相互之間的干擾，可以有效進(jìn)行辨識，即采用如下步 驟：
[0041] (五)將步驟（四）中獲得的4。、仏^，組成矩陣乂，記其協(xié)方差矩陣為5，均值為以， 分別獲得A。到μ的距離、Α@Ι」μ的距離、Ab到μ的距離、A。到μ的距離：
[0042]
[0043]
[0044](六)根據(jù)步驟(五）中獲得的DUcOJUihDUb)和D(A。)的值，通過D(A。)與D(Ai)、D (Ab)和D(A。)的比值獲得外圈是否處于故障狀態(tài)。
[0045] 步驟（四）中，通過圖1和圖2的流程，首先獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架的特征 頻率公式，
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 其中Db為滾動體直徑;Dc為滾動軸承平均直徑(節(jié)徑）；θ為徑向方向接觸角;Fs為軸 的轉(zhuǎn)頻。F b為滾動體特征頻率;Fbpi為內(nèi)圈特征頻率;Fbp。為外圈特征頻率;F。為保持架特征頻 率;Nb為滾動體個數(shù)，
[0051] 其次氺
帶入(三）的公式分別獲得軸 承的外圈頻域特征量A。、內(nèi)圈頻域特征量心、滾動體頻域特征量Ab、保持架頻域特征量A。。 [0052]所述外圈的頻域特征量A。由以下公式
[0053]
[0054]所述內(nèi)圈頻域特征量仏由以下公式
[0055] 。
[0056] 所述滾動體頻域特征量Ab由以下公式
[0057]
[0058] 所述保持架頻域特征量Ac由以下公式
[0059]
[0060] 若矩陣X包含四部分信息且外圈為故障時，則D(A。)值遠(yuǎn)大于DUOJUbhDUc)， 約5倍以上。從而實現(xiàn)外圈運行狀態(tài)辨識。
[0061] 以實驗室情況下并假設(shè)外圈處于故障狀態(tài)進(jìn)行采集振動數(shù)據(jù)，當(dāng)電機轉(zhuǎn)頻為 10Hz，20Hz，30Hz時，其距離值為：
[0062]
[0067] 表3轉(zhuǎn)頻為30Hz。
[0068] 從表1、表2、表3顯示利用軸承各特征頻率為特征向量，并采用馬氏距離法進(jìn)行辨 識，將極大提高外圈運行狀態(tài)的分類。
[0069] 實施例不應(yīng)視為對發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:其步驟如下： (一) 先通過加速度傳感器獲取軸承各個位置的振動信號，并將振動信號通過濾波器過 濾，獲得一個序列； (二) 對(一)所獲的序列進(jìn)行求幅值操作得到Sig化），k = 0，1，…，N-1，N為采樣點個數(shù)； (Ξ)對(二）中得到的Sig化)進(jìn)行傅里葉變化，得到(四） 獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架在特征頻率處的幅值，依次為AD、Ai、Ab、A。； (五) 將步驟（四）中獲得的AD、Ai、Ab、A。，組成矩陣X，并從協(xié)方差矩陣S后獲得均值μ，然后 根據(jù)得到的均值μ，分別獲得Α。到μ的距離、Ai到μ的距離、Ab至Ijy的距離、Α。到μ的距離：(六) 根據(jù)步驟(五）中獲得的D(AD)、D(Ai)、D(Ab)和D(A。)的值，通過判斷D(A。)與D(Ai)、D (Ab)和D(A。)的比值是否大于5獲得外圈是否處于故障狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于：步驟（四）中， 首先獲得外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架的特征頻率公式，其中化為滾動體直徑、Dc為滾動軸承平均直徑(節(jié)徑）、目為徑向方向接觸角、Fs為軸的轉(zhuǎn) 頻、機為滾動體特征頻率、Fbpi為內(nèi)圈特征頻率、Fbp。為外圈特征頻率、Fc為保持架特征頻率、 化為滾動體個數(shù)， 其次，W'分別獲得軸承的外圈頻域特征量 A。、內(nèi)圈頻域特征量Ai、滾動體頻域特征量Ab、保持架頻域特征量A。。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:所述外圈的頻 域特征量A。由W下公式獲得。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:所述內(nèi)圈頻域 特征量Ai由W下公式芙得。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:所述滾動體頻 域特征量Ab由W下公式巧得。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:所述保持架頻 域特征量A。由W下公式巧得。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機軸承外圈故障辨識方法，其特征在于:所述(一）中濾 波器的帶寬為6~12曲Z。
【文檔編號】G01M13/04GK105973602SQ201610438295
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】黃克, 姜銳, 成泰洪
【申請人】溫州大學(xué)