一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法技术

一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，利用安装在轴承座承载区的振动冲击复合传感器和轴上的转速传感器进行转速跟踪采样，同步采集振动冲击复合传感器所测冲击信号或/和加速度信号，通过自适应方法提取冲击或/和振动信号中的滚子通过承载区的信息，识别滚子间距变化，并输出经分析决策后的轴承故障信息。本发明专利技术不仅适用于金属保持架轴承，也适用于非金属保持架轴承的故障诊断。该方法无须振动、冲击校准，适应性强，鲁棒性、准确率高，能识别保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和因保持架窗梁连续大量失落而发生的滚子乱序、保持架端圈断裂等故障，从而实现轴承保持架在线实时监测、故障诊断、预警。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轴承故障诊断方法，具体涉及一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法。
技术介绍
保持架是轴承中的重要组成部分，主要作用是均匀地隔离各个滚子，使载荷平均分配，同时避免滚子之间的直接接触。按材质不同主要有低碳钢、不锈钢类保持架，胶木、塑料、尼龙类保持架，黄铜、青铜、铝合金类保持架等。目前，对于保持架的故障诊断方法主要是利用识别保持架理论通过频率来判断故障，但由于保持架公转频率极低，位于频谱图上的最左端，容易被低频干扰所混淆，加上工程实际应用中数据长度的限制，使得分辨率较大，不易识别和发现此类故障。此外，当前轨道交通等领域大量使用非金属保持架(如塑钢保持架)轴承取代金属保持架轴承，使得基于金属保持架故障或破碎物对金属外环、内环(或其挡边)碰撞或摩擦而发生冲击的故障检测技术几乎全部失效(如保持架理论通过频率法、杂质引起外弧谱法)，以致在非金属钢保持架发生严重故障(保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和轴承滚子因保持架窗梁连续大量失落而发生的乱序、保持架端圈断裂)时均不能发现，进而导致机器强烈振动，危及相邻部件安全，甚至引发重大事故。因此，迫切需要专利技术一种既能识别金属保持架故障，又能识别非金属保持架故障的新技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，该方法不仅能够识别金属保持架故障，也能识别非金属保持架故障。一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，利用安装在轴承座承载区的振动冲击复合传感器和轴上的转速传感器进行转速跟踪采样，同步采集振动冲击复合传感器所测冲击信号或/和加速度信号，通过自适应方法提取冲击或/和振动信号中的滚子通过承载区的信息，识别滚子间距变化，并输出经分析决策后的轴承故障信息。本专利技术不仅适用于金属保持架轴承，也适用于非金属保持架轴承的故障诊断。该方法无须振动、冲击校准，适应性强，鲁棒性、准确率高，能识别保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和因保持架窗梁连续大量失落而发生的滚子乱序、保持架端圈断裂等故障，从而实现轴承保持架在线实时监测、故障诊断、预警。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，包含以下步骤：首先，利用安装在轴承座承载区的振动冲击复合传感器和轴上的转速传感器进行转速跟踪采样，然后，用检测诊断计算机同步采集振动冲击复合传感器所测冲击信号S(i)或/和振动加速度信号V(i)，最后，用安装在检测诊断计算机中识别轴承滚子通过承载区间距变化值编制的保持架故障诊断专家系统软件，识别保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和轴承滚子因保持架窗梁连续大量失落而发生的乱序、保持架端圈断裂，从而实现轴承保持架故障在线实时监测、诊断、预警。一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于：所述识别轴承滚子间距变化异常的方法是，在运转中，在保持架携带滚子逐个通过轴承承载区而轴承的内、外环和滚子没有故障时，因主要由单个滚子承受载荷而使轴承的外环产生应变应力而导致振动；当存在外环故障或杂质时，则主要因滚子逐个通过外环故障的突变应力而导致振动或/和冲击，通过所测冲击信号或/和振动加速度信号中含有的由滚子承受载荷而使轴承的外环产生应变应力信号(以下简称“滚子应力信号”，如果可以直接获取应力信号，则等效于振动加速度信号)，当保持架正常时，即各个滚子相互之间的间距只能在正常范围内抖动，则滚子应力信号中所反应的相邻2个滚子通过承载区的间隔L0、允许的极限兜孔间隙dou、轴承中径D0、滚子数Z、滚子直径d的函数为：Abs(L0-L)<dou (1)式中，Abs()为求取绝对值函数，L为滚子的平均间距：L＝D0×π/Z；则有识别轴承滚子间距变化异常的报警函数为：L0>L+dou (2)或L0<L-dou (3)。进一步的技术方案在于：识别轴承滚子间距变化异常的报警函数信号之方法为：A，对所获取的冲击信号S(i)或/和振动加速度信号V(i)按保留保持架信号最大整周期数点数Nb进行截取后，进行傅里叶变换，得到相应的冲击频谱FS(i)或/和振动频谱FV(i)；B，对冲击频谱FS(i)或/和振动频谱FV(i)按保留自动搜索滚子应力信号频率fw对应谱号Pf、Pf左右1阶保外边频谱号Pb进行频域滤波(即保留谱号Pf、Pf-Pb和Pf+Pb)，通过整周期时域回归(即傅里叶逆变换)，得到滚子应力信号XS(i)或/和XV(i)；C，对滚子应力信号XS(i)或/和XV(i)，获取保持架滚子通过承载区间距变化值序列L(n)(单位为mm)，方法是：计算信号XS(i)或/和XV(i)的所有极大值点对应的样本序列号PS(n)(n的总长度等于保持架最大整周期数Y乘滚子数Z)，从而计算出各个滚子相继通过承载区域相邻滚子的间距变化值序列L(n)，其计算方法如下：根据输入跟踪采样频率fs(例如fs＝200fn)，采样点数N(例如N＝2048)，轴承的关键参数：轴承中径D0、滚子数Z、滚子直径d、接触角α，则有：由于轴以转频fn转动，采样频率为fs(例如fs＝200fn)，则轴转动一周的采样点数为M＝fs/fn(例如M＝200)；而滚子应力信号频率fw＝(D0-dcosα)*fn/(2D0)，即滚子通过外环承载区的间距对应的采样点数DS为：DS＝fs/fw＝fs/((D0-dcosα)*fn/(2D0))DS所对应的滚子间距L＝D0*π/Z设实际相邻滚子间距对应的采样点数为x(n)＝PS(n)-PS(n-1) L ( n ) = L x ( n ) D s = ( D 0 - d c o s α ) f n L x ( n ) f s 2 D 0 = ( D 0 - d c o s α ) f n π x 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，利用安装在轴承座承载区的振动冲击复合传感器和轴上的转速传感器进行转速跟踪采样，然后，用检测诊断计算机同步采集振动冲击复合传感器所测冲击信号S(i)或/和振动加速度信号V(i)，最后，用安装在检测诊断计算机中识别轴承滚子通过承载区间距变化值编制的保持架故障诊断专家系统软件，识别保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和轴承滚子因保持架窗梁连续大量失落而发生的乱序、保持架端圈断裂，从而实现轴承保持架故障在线实时监测、诊断、预警。

【技术特征摘要】
1.一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，利用安装在轴承座承载区的振动冲击复合传感器和轴上的转速传感器进行转速跟踪采样，然后，用检测诊断计算机同步采集振动冲击复合传感器所测冲击信号S(i)或/和振动加速度信号V(i)，最后，用安装在检测诊断计算机中识别轴承滚子通过承载区间距变化值编制的保持架故障诊断专家系统软件，识别保持架兜孔磨损超限、保持架窗梁折断未失、保持架窗梁折断失落和轴承滚子因保持架窗梁连续大量失落而发生的乱序、保持架端圈断裂，从而实现轴承保持架故障在线实时监测、诊断、预警。2.根据权利要求1所述的一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于，所述识别轴承滚子间距变化异常的方法是，在运转中，在保持架携带滚子逐个通过轴承承载区而轴承的内、外环和滚子没有故障时，因主要由单个滚子承受载荷而使轴承的外环产生应变应力进而导致振动；当存在外环故障或杂质时，则主要因滚子逐个通过外环故障的突变应力而导致振动或/和冲击，通过权利要求1所测冲击信号或/和振动加速度信号中含有的由滚子承受载荷而使轴承的外环产生应变应力信号，当保持架正常时，即各个滚子相互之间的间距只能在正常范围内抖动，则滚子应力信号中所反应的相邻2个滚子通过承载区的间隔L0、允许的极限兜孔间隙dou、轴承中径D0、滚子数Z、滚子直径d的函数为：Abs(L0-L)<dou (1)式中，Abs()为求取绝对值函数，L为滚子的平均间距：L＝D0×π/Z；则有识别轴承滚子间距变化异常的报警函数为：L0>L+dou (2)或L0<L-dou (3)。3.根据权利要求2所述的一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于，识别轴承滚子间距变化异常的报警函数的信号之方法为：A，对所获取的冲击信号S(i)或/和振动加速度信号V(i)按保留保持架信号最大整周期数点数Nb进行截取后，进行傅里叶变换，得到相应的冲击频谱FS(i)或/和振动频谱FV(i)；B，对冲击频谱FS(i)或/和振动频谱FV(i)按保留自动搜索滚子应力信号频率fw对应谱号Pf、Pf左右1阶保外边频谱号Pb进行频域滤波，通过整周期时域回归，得到滚子应力信号XS(i)或/和XV(i)；C，对滚子应力信号XS(i)或/和XV(i)，获取保持架滚子通过承载区间距变化值序列L(n)，单位为mm，方法是：计算信号XS(i)或/和XV(i)的所有极大值点对应的样本序列号PS(n)，n的总长度等于保持架最大整周期数Y乘滚子数Z，从而计算出各个滚子相继通过承载区域相邻滚子的间距变化值序列L(n)，其计算方法如下：根据输入跟踪采样频率fs，采样点数N，轴承的关键参数：轴承中径D0、滚子数Z、滚子直径d、接触角α，则有：由于轴以转频fn转动，采样频率为fs，则轴转动一周的采样点数为M＝fs/fn；而滚子应力信号频率fw＝(D0-dcosα)*fn/(2D0)，即滚子通过外环承载区的间距对应的采样点数DS为：DS＝fs/fw＝fs/((D0-dcosα)*fn/(2D0))DS所对应的滚子间距L＝D0*π/Z设实际相邻滚子间距对应的采样点数为x(n)＝PS(n)-PS(n-1) L ( n ) = L x ( n ) D s = ( D 0 - d c o s α ) f n L x ( n ) f s 2 D 0 = ( D 0 - d c o s α ) f n π x ( n ) 2 f s Z - - - ( 4 ) ]]>D，单样本报警策略：根据识别轴承滚子间距变化异常的报警函数为：根据式(2)L0>L+dou或根据式(3)L0<L-dou则有报警函数为L(n)>L+dou (5)或L(n)<L-dou (6)若样本存在最大整数个Y的保持架周期，有X个周期存在兜孔间隙超差信息，X<＝Y，则预警函数为：BJ＝(X-1)/Y>＝0.50，则一级报警函数为：BJ＝(X-1)/Y>＝0.75；E，综合报警策略之一：若单样本报警策略发现预警，则连续监测L＝6次；若有M次单样本预警和N次单样本一级报警，则综合预警函数为：BJ＝((M-1)+2N)/L>＝0.5，则综合一级报警函数为：BJ＝((M-1)+2N)/L>＝5/6，F，综合报警策略之二：若单样本报警策略发现一级报警，则连续监测L＝6次；若有M次单样本预警或一级报警，则综合预警函数为：BJ＝((M-1)+2N)/L>＝0.5，则综合一级报警函数为：BJ＝((M-1)+2N)/L>＝5/6。4.根据权利要求1或3所述的一种识别轴承滚子间距变化的保持架故障诊断方法，其特征在于，保持架最大整周期数Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：李修文，唐德尧，
申请(专利权)人：唐智科技湖南发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43