基于时域分析的滚动轴承故障诊断

王鹏

【摘  要】滚动轴承应用广泛，出现故障时会造成巨大损失，因此有必要对滚动轴承进行故障诊断。提出使用时域分析的方法来判断滚动轴承的故障。首先通过时域指标判断出滚动轴承是否存在故障从而初步的诊断出滚动轴承的故障。

【关键词】滚动轴承;时域分析;故障诊断

0引言

滚动轴承是机械设备中最为常见的零件之一，轴承的运行状态直接影响设备的整体性能。如果大型设备的滚动轴承发生了故障，则有可能造成巨大的财产损失甚至人员伤亡[1]。因此对滚动轴承进行故障诊断，检测滚动轴承的运行状况是十分必要的。

目前，对滚动轴承进行故障诊断的方法主要分为时域分析、频域分析、時频分析。其中时频分析需要具备较高的理论知识，工程人员在使用时会有较大的难度。而时域分析是在时间域中直接对滚动轴承振动信号进行分析，因此具有直观和准确的优点[2]。因此时域分析在滚动轴承的故障诊断中占有重要地位。

1时域指标

2实验分析

实验数据来自美国凯斯西储大学公开的轴承数据库。实验用的轴承型号为6205滚动轴承，轴承的相关尺寸见表1。使用电火花在轴承上加工出单点故障，故障尺寸分别为0.1778 mm和0.533 mm。测试轴承连接在电机上，通过传感器获得轴承的振动信号。电机的转速为1721 r/min，采样频率为12000 Hz。

2.1时域分析

选择正常轴承振动信号、外圈故障尺寸为0.1778 mm轴承振动信号、外圈故障尺寸为0.533 mm轴承振动信号，共3组数据进行时域分析，结果见表2。

滚动轴承振动信号的时域指标见表2，由表2可知，随着故障尺寸的增大，峰值、峭度、裕度指标、脉冲因子均明显增大。当外圈故障尺寸为0.1778 mm时，峰值比正常值增加了约10倍，峭度值比正常值增加了约3倍，裕度指标和脉冲指标增加了约2倍。当外圈故障尺寸为0.533 mm时，峰值比正常值增加了约21倍，峭度比正常值增加了约8.56倍，裕度指标比正常值增加了约5.97倍，脉冲指标比正常值增加了约4.56倍。由此可知当峰值、峭度、裕度指标、脉冲因子显著增大时，可初步判断滚动轴承出现故障。

但是使用峰值因子和有效值却不能判断滚动轴承是否出现故障。当外圈故障尺寸为0.1778 mm时，峰值因子的值和正常值相比几乎没有增加，无法判断轴承是否出现故障。当外圈故障尺寸为0.533 mm和外圈故障尺寸为0.1778 mm时的有效值几乎没有变化，无法判断轴承的故障情况。因此使用峰值因子和有效值不能有效的判断出轴承的故障情况。

根据滚动轴承振动信号的时域分析可以初步判断轴承的内圈和滚动体是否存在故障。

3 结论

通过使用时域指标中的峰值、峭度、裕度指标、脉冲指标可以初步的判断出滚动轴承是否存在故障。

参考文献：

[1] 潘玉娜.滚动轴承的性能退化特征提取及评估方法研究[D].上海交通大学，2011.

[2] 刘伟，戴成梅.Matlab在控制理论时域分析法教学中的应用[J].巢湖学院学报，2011，（6）：140-143.

（作者单位：华北理工大学机械工程学院）