文獻導(dǎo)讀《軸承故障檢測的基本振動信號處理》
2018-10-18 文章來源：IEEETransactions on Education ( Volume: 46, Issue: 1, Feb 2003 )
中文題目：軸承故障檢測的基本振動信號處理
項目背景：
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)生必須對時域和頻域分析有基本的了解。
論文所解決問題及意義：
本篇論文主要提出了滾動軸承故障檢測的實驗室模塊，介紹了滾動軸承的基本工作特性背景，并給出了計算特征故障頻率的公式。
論文重點內(nèi)容：
一、基本介紹
A.滾動軸承
滾動軸承的主要部件包括內(nèi)圈、外圈、滾動體以及保持架（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)用場合。
B.軸承失效機制
機械損傷、裂紋損傷、磨損損傷、潤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制而產(chǎn)生缺陷，每當(dāng)其中一個球滾過缺陷時，都會產(chǎn)生高水平的短時間（沖擊）力，從而導(dǎo)致軸承振動，最終軸承以固有頻率“振鈴”響應(yīng)，響應(yīng)由于阻尼迅速衰減（如下圖所示）。每次其中一個小球滾過缺陷時都會發(fā)生激勵和響應(yīng)，因此響應(yīng)波形的基頻就是元件在缺陷上滾動的速率。這是檢測軸承故障時感興趣的基本頻率。
二、基本軸承故障檢測技術(shù)
在軸承上測量的振動主要受高度不平衡和不對準(zhǔn)部件的影響，同時包括與摩擦和其他來源相關(guān)的隨機振動。
這一塊主要分為五部分進行講述：合成信號、傳統(tǒng)光譜分析的應(yīng)用、調(diào)幅和希爾伯特變換、包絡(luò)分析以及時域統(tǒng)計-峰度。其中合成信號中各個信號分量（方波近似、隨機噪聲、振鈴脈沖序列）以及復(fù)合信號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解釋應(yīng)用于軸承故障檢測時簡單頻譜分析的局限性（方波近似的光譜、隨機噪聲、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)來解釋。幅度調(diào)制被定義為高頻載波信號與低頻調(diào)制信號的相乘，而幅度解調(diào)的步是糾正信號，可以通過使用希爾伯特變換來實現(xiàn)。此外峰度系數(shù)用于檢測軸承故障的度量。
結(jié)論：
滾動軸承故障檢測的指導(dǎo)模塊是為應(yīng)用光譜分析中的現(xiàn)有課程而開發(fā)的，同時也可以作為獨立教程使用，或者納入機器狀態(tài)監(jiān)測課程中。本篇論文在回顧了滾動軸承的基本操作以及理想化的軸承故障振動特征之后，用MATLAB生成的合成信號說明了常規(guī)頻譜分析的缺點。對包容分析進行錯誤分析的基礎(chǔ)和有效性進行了研究。最后，提出了一套圖形驅(qū)動的程序來說明軸承故障檢測技術(shù)。
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