[發明專利]一種滾動軸承外圈缺陷全尺寸定量診斷方法

有效

• 申請號: 201710955141.2
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107704695B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 崔玲麗;黃金鳳;張飛斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G01M13/045;G01B17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種滾動軸承外圈缺陷全尺寸定量診斷方法，其特征在于：該方法包括以下步驟，

步驟1 初步診斷滾動軸承外圈缺陷的基本尺寸和可選尺寸，

將一對振動加速度傳感器分別安裝至軸承座的水平測點和垂直測點，測取軸承系統含故障時的垂直方向振動加速度信號a_y(t)和水平方向振動加速度信號a_x(t)；將垂直方向振動加速度信號a_y(t)和水平方向振動加速度信號a_x(t)導入至計算機，繪制垂直方向振動加速度信號a_y(t)的時域波形圖，以時域波形圖中的低頻沖擊點為起點，高頻沖擊點為終點，量取雙沖擊時間間隔ΔT，則診斷出外圈缺陷的基本尺寸Δφ_b為：

Δφ_b＝360ΔTf_c (1)

其中，f_c為保持架轉頻，初步診斷外圈缺陷的n個可選尺寸為：

其中N_b為滾珠數量，n＝0,1,2,...,INT[(0.33-ΔTf_c)N_b]；

步驟2 建立含外圈缺陷軸承系統多自由度非線性動力學模型，

將軸承系統分解為軸、軸承內圈、滾動體、保持架、軸承外圈和軸承座；將軸與內圈表示為一個集中質量的剛體m_i，以一對相互垂直的彈簧阻尼器模擬軸與內圈的彈性變形，水平方向的剛度和阻尼系數分別為k_ix和c_ix，豎直方向的剛度和阻尼系數分別為k_iy和c_iy；將軸承座與外圈表示為一個集中質量的剛體m_o，以一對相互垂直的彈簧阻尼器模擬外圈與軸承座的彈性變形，水平方向的剛度和阻尼系數分別為k_ox和c_ox，豎直方向的剛度和阻尼系數分別為k_oy和c_oy；以水平向右為起始位置，按逆時針順序對滾珠進行編號，并以符號j表示滾珠的編號，則第j顆滾珠處的赫茲接觸力F_j表示為：

其中K為赫茲接觸剛度；δ_j為第j顆滾珠的接觸變形；外圈缺陷有效深度輪廓d(φ_j)表示為：

其中φ_f為外圈缺陷的角位置，h為缺陷深度，r_b為滾珠半徑，R_o為外滾道半徑，Δφ_p為缺陷展開角，φ_j為第j顆滾珠的角位置；

將外圈缺陷模型添加到軸承系統動力學模型中，推導出系統的動力學微分方程組；

步驟3 仿真滾動軸承外圈缺陷角位置φ_f＝270°時軸承系統振動加速度和固有頻率，

由步驟2中所建立的系統動力學微分方程組，基于MATLAB軟件編制數值求解程序，獲得φ_f＝270°時可選尺寸Δφ_n對應的系統垂-平同步仿真振動加速度信號a'_y,n(t)和a'_x,n(t)，以及前四階有阻尼時變固有頻率：兩個x方向固有頻率ω_x1,n(t)、ω_x2,n(t)，兩個y方向固有頻率ω_y1,n(t)、ω_y2,n(t)；對a'_y,n和a'_x,n進行傅里葉變換，獲得幅值譜A'_x,n(f)和A'_y,n(f)；在幅值譜A'_x,n(f)中，分別找出固有頻率ω_x1,n(t)和ω_x2,n(t)附近的頻率峰值f'_x1,n和f'_x2,n；在幅值譜A'_y,n(f)中，分別找出固有頻率ω_y1,n(t)和ω_y2,n(t)附近的頻率峰值f'_y1,n和f'_y2,n；

步驟4 診斷角位置φ_f＝270°處的滾動軸承外圈缺陷尺寸，

若已知缺陷角位置φ_f＝270°，則將步驟1中的實測垂-平同步信號進行傅里葉變換，獲得實測垂-平同步信號的幅值譜A_x(f)和A_y(f)；在幅值譜A_x(f)中，分別找出固有頻率ω_x1,n(t)和ω_x2,n(t)附近的頻率峰值f_x1和f_x2；在幅值譜A_y(f)中，分別找出固有頻率ω_y1,n(t)和ω_y2,n(t)附近的頻率峰值f_y1和f_y2；計算診斷參數Δf_n：

由公式(5)求解出|Δf_n|取最小值時n的取值n_f，則診斷外圈缺陷尺寸為：

步驟5 診斷缺陷角位置φ_f＝250°～290°時的滾動軸承外圈缺陷尺寸，

若未知缺陷的角位置φ_f，則根據步驟3中所求解的φ_f＝270°時可選尺寸Δφ_n對應的系統垂-平同步仿真振動加速度信號a'_y,n(t)和a'_x,n(t)，計算最大垂-平同步標準差：

其中，N為數據點數；再由步驟2中所建立的系統動力學微分方程組，仿真求解φ_f＝250°時可選尺寸Δφ_n對應的系統垂-平同步仿真振動加速度信號a”_y,n(t)和a”_x,n(t)，并計算最小垂-平同步標準差：

建立外圈缺陷全尺寸定量診斷標準數據庫：

該數據庫包含n個不相交的區間；計算實測含故障信號的垂-平同步標準差：

由公式(9)和(10)的計算結果，確定σ_y/x的歸屬區間，設此區間對應的n的取值為N_r，則診斷出外圈缺陷尺寸為：