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文獻(xiàn)導(dǎo)讀《軸承故障檢測(cè)的基本振動(dòng)信號(hào)處理》

2018-04-18

　　文章來(lái)源：IEEETransactions on Education ( Volume: 46, Issue: 1, Feb 2003 )
　　中文題目：軸承故障檢測(cè)的基本振動(dòng)信號(hào)處理
　　項(xiàng)目背景：
　　阿拉巴馬大學(xué)工程學(xué)院的教師開發(fā)了應(yīng)用光譜分析的多學(xué)科課程，要想完成該課程的學(xué)生必須能夠使用和理解雙通道光譜分析儀,這意味著學(xué)生必須對(duì)時(shí)域和頻域分析有基本的了解。
　　論文所解決問(wèn)題及意義：
　　本篇論文主要提出了滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室模塊，介紹了滾動(dòng)軸承的基本工作特性背景，并給出了計(jì)算特征故障頻率的公式。
　　論文重點(diǎn)內(nèi)容：
　　一、基本介紹
　　A.滾動(dòng)軸承
　　滾動(dòng)軸承的主要部件包括內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體以及保持架（一些軸承有附加部件，例如用于調(diào)心滾子軸承的導(dǎo)向環(huán)和密封圈），通常被用于具有高承載能力的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　B.軸承失效機(jī)制
　　機(jī)械損傷、裂紋損傷、磨損損傷、潤(rùn)滑劑缺陷以及腐蝕等原因都有可能造成軸承失效。
　　C.特征故障頻率
　　設(shè)想滾珠軸承的外圈失效機(jī)制而產(chǎn)生缺陷，每當(dāng)其中一個(gè)球滾過(guò)缺陷時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生高水平的短時(shí)間（沖擊）力，從而導(dǎo)致軸承振動(dòng)，Z終軸承以固有頻率“振鈴”響應(yīng)，響應(yīng)由于阻尼迅速衰減（如下圖所示）。每次其中一個(gè)小球滾過(guò)缺陷時(shí)都會(huì)發(fā)生激勵(lì)和響應(yīng)，因此響應(yīng)波形的基頻就是元件在缺陷上滾動(dòng)的速率。這是檢測(cè)軸承故障時(shí)感興趣的基本頻率。

　　二、基本軸承故障檢測(cè)技術(shù)
　　在軸承上測(cè)量的振動(dòng)主要受高度不平衡和不對(duì)準(zhǔn)部件的影響，同時(shí)包括與摩擦和其他來(lái)源相關(guān)的隨機(jī)振動(dòng)。
　　這一塊主要分為五部分進(jìn)行講述：合成信號(hào)、傳統(tǒng)光譜分析的應(yīng)用、調(diào)幅和希爾伯特變換、包絡(luò)分析以及時(shí)域統(tǒng)計(jì)-峰度。其中合成信號(hào)中各個(gè)信號(hào)分量（方波近似、隨機(jī)噪聲、振鈴脈沖序列）以及復(fù)合信號(hào)的總和的波形圖如下所示：

　　下圖則顯示了使用合成波形及其分量的光譜來(lái)解釋應(yīng)用于軸承故障檢測(cè)時(shí)簡(jiǎn)單頻譜分析的局限性（方波近似的光譜、隨機(jī)噪聲、振鈴脈沖序列以及圖5中的復(fù)合波形）：

　　包絡(luò)分析通常用幅度調(diào)制和解調(diào)來(lái)解釋。幅度調(diào)制被定義為高頻載波信號(hào)與低頻調(diào)制信號(hào)的相乘，而幅度解調(diào)的步是糾正信號(hào)，可以通過(guò)使用希爾伯特變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外峰度系數(shù)用于檢測(cè)軸承故障的度量。
　　結(jié)論：
　　滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)的指導(dǎo)模塊是為應(yīng)用光譜分析中的現(xiàn)有課程而開發(fā)的，同時(shí)也可以作為獨(dú)立教程使用，或者納入機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)課程中。本篇論文在回顧了滾動(dòng)軸承的基本操作以及理想化的軸承故障振動(dòng)特征之后，用MATLAB生成的合成信號(hào)說(shuō)明了常規(guī)頻譜分析的缺點(diǎn)。對(duì)包容分析進(jìn)行錯(cuò)誤分析的基礎(chǔ)和有效性進(jìn)行了研究。Z后，提出了一套圖形驅(qū)動(dòng)的程序來(lái)說(shuō)明軸承故障檢測(cè)技術(shù)。