摘 要：滾動(dòng)軸承應(yīng)用廣泛，出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)造成巨大損失，因此有必要對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷。提出使用頻域分析的方法來判斷滾動(dòng)軸承的故障。首先通過使用傅里葉變換判斷軸承故障可能存在的部位，從而初步的診斷出滾動(dòng)軸承的故障。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承;頻域分析;故障診斷

0 引言

滾動(dòng)軸承是機(jī)械設(shè)備中最為常見的零件之一，軸承的運(yùn)行狀態(tài)直接影響設(shè)備的整體性能。如果大型設(shè)備的滾動(dòng)軸承發(fā)生了故障，則有可能造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡[1]。因此對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷，檢測滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀況是十分必要的。

目前，對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障診斷的方法主要分為時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析。其中時(shí)頻分析需要具備較高的理論知識(shí)，工程人員在使用時(shí)會(huì)有較大的難度。而時(shí)域分析是在時(shí)間域中直接對滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，因此具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)[2]。頻域分析是將一個(gè)復(fù)雜信號(hào)分解為簡單信號(hào)的疊加，易于理解并且物理意義明確[3]。因此頻域分析在滾動(dòng)軸承的故障診斷中占有重要地位。

1 頻域指標(biāo)

頻域指標(biāo)中最常用的是傅里葉變換，其公式如下：

使用傅里葉變換可以將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，從頻率的角度來分析信號(hào)。能夠觀察到時(shí)域內(nèi)不容易觀察到的頻率。當(dāng)滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的傅里葉變換在故障頻率處存在譜線時(shí)，可初步判斷軸承存在故障。

2實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)公開的軸承數(shù)據(jù)庫。實(shí)驗(yàn)用的軸承型號(hào)為6205滾動(dòng)軸承，軸承的相關(guān)尺寸見表1。使用電火花在軸承上加工出單點(diǎn)故障，故障尺寸分別為0.1778 mm和0.533 mm。測試軸承連接在電機(jī)上，通過傳感器獲得軸承的振動(dòng)信號(hào)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1721 r/min，采樣頻率為12000 Hz。

滾動(dòng)軸承的故障頻率計(jì)算公式為：

式中表示軸承的外圈故障頻率，表示軸承的內(nèi)圈故障頻率，表示軸承的滾動(dòng)體故障頻率。

2.1 頻域分析

時(shí)域分析能夠直觀的觀察滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)的幅值大小和幅值的變化規(guī)律，但是不能提供振動(dòng)信號(hào)中包含的周期信號(hào)、脈沖信號(hào)等關(guān)鍵信息。因此對滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)需要進(jìn)行頻域分析。外圈故障尺寸為0.1778 mm軸承振動(dòng)信號(hào)的傅里葉變換見圖1。

（a）正常軸承（b）外圈故障尺寸為0.1778 mm軸承（c）外圈故障尺寸為0.533 mm軸承

滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析見圖1，由圖1（a）可知，正常軸承振動(dòng)信號(hào)的傅里葉變換在轉(zhuǎn)頻（28.68 Hz）的3倍頻處存在譜線。由圖1（b）和圖1（c）可知，滾動(dòng)軸承外圈存在故障時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)的傅里葉變換在外圈故障頻率（102.78 Hz）處存在譜線。因此，可根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖在外圈故障頻率處存在譜線初步判斷軸承外圈存在故障。

根據(jù)滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的頻域分析同樣可以初步判斷軸承的內(nèi)圈和滾動(dòng)體是否存在故障。

3 結(jié)論

通過使用頻域指標(biāo)中的傅里葉變換可以初步的判斷出滾動(dòng)軸承是否存在故障以及故障的部位。

參考文獻(xiàn)

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