本发明专利技术属于轴承故障检测技术领域，具体涉及一种轴承故障检测装置及其检测方法，包括用于固定轴承的轴承端盖装置，曲面端盖，其朝向所述轴承的端面包含有抛物型曲面；轴承座，其内部安装有所述轴承和所述主轴；固定框架，其设于所述曲面端盖和所述轴承座之间；传声器，其设于所述曲面端盖与所述轴承之间，且位于所述抛物型曲面内表面的焦点上；能量回收装置，其设于所述主轴的径向外端以回收主轴旋转能量给所述传声器供电；接收传声器采集的声音信号，再对传声器采集的声音信号进行整合处理；本发明专利技术提出针对采集信号多声源的特点设计相应的信号分析和诊断方法，可进一步实现轴承故障声音信号提纯，提升故障诊断精确性。提升故障诊断精确性。提升故障诊断精确性。
【技术实现步骤摘要】
一种轴承故障检测装置及其检测方法
[0001]本专利技术属于轴承故障检测
，具体涉及一种轴承故障检测装置及其检测方法。
技术介绍
[0002]在工业领域各种旋转机械中，轴承是关键零部件之一。由于通常处于高速、变载工况，因此轴承容易出现故障。一旦发生故障，就有可能引发严重事故。对轴承运行状态进行在线检测能有效避免由于故障带来的严重后果。目前，对于轴承的监测诊断一般有以下几种方法：振动诊断法、声学诊断法、温度诊断法、磨耗屑的分析、轴承的间隙测定、油膜电阻法、光纤监测技术。
[0003]振动方式应用最广，通过安装在轴承座上的振动传感器采集轴承振动信号后，再经过信号分析实现故障诊断，例如“申请号为CN202110513314.1公开了一种轴承故障的诊断方法及装置”，具体公开了在采集到振动信号的基础上进一步应用滤波重构方法进行处理，并计算包络谱分析进行故障诊断。然而，振动信号的质量会直接影响后续方法处理效果，在实际使用中，设备往往包含多个振动源，这些干扰振动源会通过设备本体传递到轴承座上的振动传感器，对被测轴承本身的振动信号产生干扰，增加信号分析难度，降低诊断精度和可靠性。同时，振动传感器需要安装在轴承座上，需要对设备进行开孔改造。造成振动诊断方式的诊断精度较低、且工作量较大。
[0004]声学方式可以实现非接触式测量，无需对设备进行改造。同时，相比振动方式，声学方式采用传声器正对故障位置采集声音信号，采集方式更直接。研究表明，在故障早期阶段故障声音信号就能产生显著的特征变化，早期预警能力强。然而，现有声学方式大多采用单个传声器或传声器阵列直接采集的方式，在实际采集过程中，环境噪声、设备干扰噪声的影响是主要难点，多数现有技术主要集中在声信号的去噪和诊断方法研究，例如“申请号CN202011285521.8公开了一种基于并行稀疏滤波的轴承声信号故障诊断方法”，并具体公开了在采集到声音信号后利用稀疏滤波进行去噪。传声器阵列采集方式(如“申请号为CN202110412196.5公开了一种基于传声器阵列的轴承故障诊断方法”)，并具体公开了采用多个传声器组成阵列，能够运用各类阵列信号处理方法实现指向性采集，相比单一传声器方式，具有信噪比高、诊断结果精确的优势。但阵列需要较多数量的传声器，对传声器一致性要求较高，同时需要多通道同步采集系统，成本高且方法复杂。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就在于提供一种轴承故障检测装置及其检测方法，以解决
技术介绍
中提出的现有针对轴承故障的振动诊断和声学诊断均存在精度低、方法复杂、成本高等问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]一种轴承故障检测装置，包括主轴，设于主轴端部待检测的轴承，还包括用于固定
轴承的轴承端盖装置，所述轴承端盖装置包括：
[0008]曲面端盖，其朝向所述轴承的端面包含有抛物型曲面；
[0009]轴承座，其内部安装有所述轴承和所述主轴；
[0010]固定框架，其设于所述曲面端盖和所述轴承座之间，用于将所述曲面端盖和所述轴承座固定连接；
[0011]传声器，其设于所述曲面端盖与所述轴承之间，且位于所述抛物型曲面内表面的焦点上；
[0012]能量回收装置，其设于所述主轴的径向外端以回收主轴旋转能量给所述传声器供电。
[0013]作为本专利技术的进一步优化方案，所述传声器具体为单个指向性传声器或传声器阵列。
[0014]作为本专利技术的进一步优化方案，所述固定框架上设有用于放置所述传声器的安装孔；所述固定框架上还设有导线槽和导线孔，用于将所述传声器的导线引出。
[0015]作为本专利技术的进一步优化方案，所述曲面端盖内表面为全部或部分抛物型曲面，由所述抛物型曲面由抛物线方程y2＝2px(p>0)绕x轴旋转360度形成。
[0016]作为本专利技术的进一步优化方案，所述能量回收装置包括设于所述主轴径向外端的发电机端磁铁和主轴端磁铁，还包括设于所述固定框架内部的微型发电机，所述主轴转动时通过磁耦合将主轴旋转的能量带动所述微型发电机旋转发电，所述微型发电机外接稳压电路处理后给所述传声器供电。
[0017]一种利用上述任一项所述轴承故障检测装置进行轴承故障检测的方法，包括如下步骤：
[0018]S1：调整所述传声器在所述固定框架上的位置，使得所述传声器位于所述抛物型曲面的焦点上；
[0019]S2：通过外接驱动设备带动所述主轴转动，所述能量回收装置回收主轴旋转的能量，经外接稳压电路处理后给所述传声器供电；
[0020]S3：接收所述传声器采集到的声音信号，再对所述声音信号进行整合处理，以实现轴承故障诊断。
[0021]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S3中对所述传声器采集的声音信号进行整合处理具体包括：
[0022]所述传声器采集到的声音信号片段记为X＝(x1,x2,x3,
…
,xN)，采样频率为fs，对其进行以下处理：
[0023](1)定义矩阵Z＝XX
T
，计算Z的特征值λ和特征向量U，并对特征值进行降序排列，利用公式与公式计算出矩阵X的新表达式：
[0024]X1＝D1+D2+
…
+D
r
…
+D
d
。
[0025](2)将D
r
分成M个互不相交的组，再利用公式得到矩阵X的表达式，利用对角平均公式将转换为新时间序列xm；
[0026]则轴承声音信号X2的表达式：即可将原轴承声音信号X被分解为m个信号分量。
[0027](3)对得到的信号利用公式处理得到X3，计算X3的协方差矩阵并对其特征值分解得到再利用公式进行进一步处理得到新的信号vx，这一步用来削减信号之间的相关性。
[0028](4)再对数据的协方差进行特征值分解，寻找矩阵U，使得Y＝U*vx趋近独立，再对分离出来的信号进行处理。
[0029](5)利用公式计算轴承包络谱，观察轴承在相应转速下的故障频率，与轴承在不同故障不同转速下相应计算公式计算的理论值进行对比，判断故障类型，实现故障诊断。
[0030]本专利技术的有益效果在于：
[0031]1)本专利技术提出了一种全新的端盖装置及诊断方法，采用曲面端盖替代传统轴承端盖，轴承故障声音信号经曲面反射后聚焦到焦点处传声器，与传统的直采方式相比，采集信号幅值得到了显著增益；同时，抛物型面的性质决定了只有平行入射的声波才能在焦点处聚焦，其他方向入射的声波无法在焦点处聚焦，这种指向性采集特性显著抑制了其他方向入射的噪声源。这种新颖的方式，能够从采集装置环节实现指向性采集，消除大部分环境噪声与设备噪声干扰，并有效增益采集信号的强度；
[0032]2)本专利技术提出针对采集信号多声源的特点设计相应的信号分析和诊断方法，可进一步实现轴承故障声音信号提纯，提升故障诊断精确性。相比于传声器阵列方式，本专利技术采用曲面反射的物理方式实现指向性采集和增本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轴承故障检测装置，包括主轴，设于主轴端部待检测的轴承(5)，其特征在于：还包括用于固定轴承(5)的轴承端盖装置，所述轴承端盖装置包括：曲面端盖(1)，其朝向所述轴承(5)的端面包含有抛物型曲面；轴承座(4)，其内部安装有所述轴承(5)和所述主轴；固定框架(2)，其设于所述曲面端盖(1)和所述轴承座(4)之间，用于将所述曲面端盖(1)和所述轴承座(4)固定连接；传声器(3)，其设于所述曲面端盖(1)与所述轴承(5)之间，且位于所述抛物型曲面内表面的焦点上；能量回收装置(6)，其设于所述主轴的径向外端以回收主轴旋转能量给所述传声器(3)供电。2.根据权利要求1所述的一种轴承故障检测装置，其特征在于：所述传声器(3)具体为单个指向性传声器或传声器阵列。3.根据权利要求1所述的一种轴承故障检测装置，其特征在于：所述固定框架(2)上设有用于放置所述传声器(3)的安装孔；所述固定框架(2)上还设有导线槽和导线孔，用于将所述传声器(3)的导线引出。4.根据权利要求1所述的一种轴承故障检测装置，其特征在于：所述曲面端盖(1)内表面为全部或部分抛物型曲面，由所述抛物型曲面由抛物线方程y2＝2px绕x轴旋转360度形成。5.根据权利要求1所述的一种轴承故障检测装置，其特征在于：所述能量回收装置(6)包括设于所述主轴径向外端的发电机端磁铁(61)和主轴端磁铁(62)，还包括设于所述固定框架(2)内部的微型发电机(63)，所述主轴转动时通过磁耦合将主轴旋转的能量带动所述微型发电机(63)旋转发电，所述微型发电机(63)外接稳压电路处理后给所述传声器(3)供电。6.一种利用权利要求1
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5任一项所述轴承故障检测装置进行轴承故障检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，朱子豪，许一凡，黄明涛，刘自想，赵新航，杨韬，刘永斌，
申请(专利权)人：脉谱智能合肥有限公司安徽智寰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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