頻譜分析在軸承測(cè)量中

軸承評(píng)價(jià)FFT比較

一、時(shí)域波形與FFT譜線FFT是離散傅立葉變換的快速算法，可以將一個(gè)時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)。有些信號(hào)在時(shí)域上是很難看出什么特征的，但是如果變換到頻域之后，就很容易看出特征了。S0910中心頻率707HZ的時(shí)域信號(hào)

S0910中心頻率707HZ的FFT

S9502中心頻率261HZ的時(shí)域信號(hào)

S9502中心頻率261HZ的FFT由以上幾組時(shí)域波形轉(zhuǎn)換為FFT時(shí)就是一條譜線，由此可見FFT可非常直觀的顯示時(shí)域波形圖的頻率成分。

二．在鋼球振動(dòng)測(cè)量中采用FFT圖一.Φ15以上大鋼球的時(shí)域波形圖

圖二A.Φ15以上大鋼球的FFT分析圖

圖二B.Φ15以上大鋼球的FFT分析圖注：圖二A和圖二B是同樣規(guī)格不同廠家的產(chǎn)品，兩者的產(chǎn)品質(zhì)量一目了然。圖三.Φ15以上大球的標(biāo)準(zhǔn)帶通曲線400HZ-800HZ

圖四.Φ15以下鋼球的時(shí)域波形

鋼球表面劃傷按170HZ-400HZ的帶通測(cè)量是一個(gè)很不好的球。

這個(gè)鋼球如果按170HZ-400HZ的帶通測(cè)量是一個(gè)不好的球。

這個(gè)鋼球如果按170HZ-400HZ的帶通測(cè)量是一個(gè)不太好的球。

這個(gè)鋼球如果按170HZ-400HZ的帶通測(cè)量是一個(gè)很好的球，而實(shí)際它在1400HZ-1800HZ振動(dòng)值是很高的。

圖五.Φ15以下鋼球的FFT分析圖這個(gè)鋼球是一個(gè)很好的球。圖六.Φ15以下的小鋼球的標(biāo)準(zhǔn)帶通曲線170HZ-400HZ由圖五可見Φ15以下鋼球在170Hz-400Hz范圍是一個(gè)很好的鋼球，而高幅值是在1500Hz-1800Hz范圍內(nèi)，由圖六可見現(xiàn)行的鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x的測(cè)量帶通范圍是170Hz-400Hz，也就是說測(cè)量的頻帶是低幅值區(qū)域，而高幅值區(qū)域沒有檢測(cè)，所以經(jīng)常出現(xiàn)鋼球的振動(dòng)值很低合套后發(fā)現(xiàn)有噪音，問題就出在這里。三．在波紋度測(cè)量中采用FFT圖七.套圈波紋度的FFT波形圖目前國(guó)際通用的波紋度測(cè)量范圍有兩種；一種是3波-100波；另一種是3波-256波；由圖七是在720轉(zhuǎn)/分（12Hz）條件下測(cè)量的，如果選擇3波-100波，頻率范圍是36Hz-1200Hz，而圖七所示的高幅值頻率范圍已超過1700Hz；可見套圈波紋度的選擇3波-256波是正確的。四．FFT分析對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x抗電磁干擾的監(jiān)測(cè)圖八.50Hz工頻干擾的FFT波形圖

圖九.加速度軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x25Hz主軸轉(zhuǎn)速干擾的FFT波形圖圖十.速度軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x30Hz主軸轉(zhuǎn)速干擾的FFT波形圖圖十一.波紋度測(cè)量?jī)x12Hz主軸轉(zhuǎn)速干擾的FFT波形圖圖十一.加速度軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x50Hz工頻干擾和25Hz主軸轉(zhuǎn)速干擾的FFT波形圖軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x中的50Hz工頻干擾和25Hz主軸轉(zhuǎn)速干擾對(duì)儀器的音響影響是非常大的。圖十二.該圖是50HZ的干擾信號(hào)將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)制圖十三.是上圖加50HZ的抗干擾后的波形

五．軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的主軸質(zhì)量的監(jiān)測(cè)正常軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x自振信號(hào)的FFT分析

上圖是一臺(tái)正常的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x，自振信號(hào)的FFT分析中除有主軸轉(zhuǎn)速干擾信號(hào)的譜線外沒有其它。故障軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x自振信號(hào)的FFT分析

上圖可見一臺(tái)有硬點(diǎn)故障的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x，自振信號(hào)的FFT分析。

六．油脂對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量的影響6203軸承添加低噪音油脂的測(cè)量波形圖6203軸承添加低噪音油脂的FFT圖6203軸承添加普通油脂的測(cè)量波形圖6203軸承添加普通油脂的FFT圖

由上圖看見不同的油脂噪音是不同的。

七．頻譜分析在自動(dòng)故障診斷中的應(yīng)用

當(dāng)滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，最有效的診斷方法一般是以振動(dòng)的變化作為故障診斷依據(jù)。在振動(dòng)檢測(cè)方法中，較常用的特征參量有平均值、均方根值、峰值和波峰因子、方差、峭度等無量綱特征參量。平均值：平均值描述信號(hào)的穩(wěn)定分量，又稱直流分量。有效值又稱均方值：最能穩(wěn)定反映振動(dòng)能量峰

值：檢測(cè)周期內(nèi)最大正峰值。波峰因素：峭度指標(biāo)：反映振動(dòng)信號(hào)中的沖擊特征。頻域診斷則是通過對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，常用的有功率譜、包絡(luò)譜、共振解調(diào)、倒譜等。功率譜是結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)動(dòng)力載荷響應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)，功率譜是FFT的4次方運(yùn)算的結(jié)果，可使信號(hào)小的更小，大的更大，用于隨機(jī)振動(dòng)分析。包絡(luò)譜分析就是對(duì)信號(hào)包絡(luò)或幅度調(diào)制分量進(jìn)行譜分析，由于時(shí)間歷程的包絡(luò)包含有關(guān)沖擊和幅度調(diào)制的信息，通過對(duì)包絡(luò)進(jìn)行譜分析，可以識(shí)別出隱藏在原始時(shí)間歷程中由沖擊高頻成分引起的譜峰，這是一個(gè)解調(diào)過程，也就是包絡(luò)譜分析的意義。共振是一種物理現(xiàn)象，即當(dāng)外加激振力等于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的振幅將達(dá)到最大值。當(dāng)軸承某一原件表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，在受載運(yùn)行過程中將與其它元件表面發(fā)生撞擊，從而產(chǎn)生能量集中的沖擊脈沖力；由于沖擊脈沖力的頻帶較寬所以必然對(duì)軸承各個(gè)元件、傳感器等各自的固有頻率激發(fā)出相應(yīng)的高頻固有振動(dòng)。利用中心頻率等于該固有頻率的帶通濾波去除高頻衰減振動(dòng)的頻率成分，得到只包含故障特征信息的低頻包絡(luò)信號(hào)，通過對(duì)這易包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析即可診斷出軸承故障。共振解調(diào)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1.

共振解調(diào)波與故障沖擊存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，有故障才有譜線，無故障則無譜線。2.

共振解調(diào)幅值與故障沖擊強(qiáng)度成正比，因此可確定故障大小。3.

共振解調(diào)具有良好的信噪比。4.

尤其當(dāng)軸承出現(xiàn)兩個(gè)以上的故障元件時(shí)，其它的方法難于精確診斷，而共振解調(diào)可以做到。倒譜分析也稱為二次頻譜分析，倒譜是功率譜的對(duì)數(shù)的傅里葉逆變換；時(shí)域中信號(hào)的卷積關(guān)系在倒譜上表現(xiàn)為信號(hào)迭加。功率倒頻譜的正根號(hào)值稱為幅值。八．特征頻率的確定方法1.

對(duì)于軸承生產(chǎn)廠家可以將本廠生產(chǎn)的各種型號(hào)軸承制作標(biāo)準(zhǔn)的樣品，外圈、內(nèi)圈、鋼球、保持架的故障，在頻譜分析中確定其特征頻率，然后輸入到診斷參數(shù)中作為診斷的依據(jù)。2.

也可通過下面的公式進(jìn)行計(jì)算，再通過試驗(yàn)進(jìn)行修正，將確定的參數(shù)輸入到診斷參數(shù)中作為診斷的依據(jù)。3.

在實(shí)際診斷時(shí)可對(duì)故障特征頻率給定一個(gè)頻率誤差范圍Δ?。6208軸承球傷的包絡(luò)譜6208軸承球傷的共振解調(diào)譜6208軸承內(nèi)圈傷的包絡(luò)譜6208軸承內(nèi)圈傷的共振解調(diào)譜6208軸承外圈傷的包絡(luò)譜6208軸承外圈傷的共振解調(diào)譜6208軸承鋼球和保持架傷的包絡(luò)譜6208軸承球和保持架傷的共振解調(diào)譜上面每幅圖中都有4條虛線，依次為6208軸承保持架的特征頻率（9.97283Hz）；6208軸承外圈的特征頻率（89.7554Hz）；6208軸承鋼球的特征頻率（120.461Hz）；6208軸承內(nèi)圈的特征頻率（134.195Hz）。

九．結(jié)語在LabVIEW環(huán)境下，采用有量綱參數(shù)與無量綱參數(shù)和頻譜分析相結(jié)合，可以很容易判斷軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的抗干擾特性、可以消除電磁干擾、可以監(jiān)測(cè)軸承