[發明專利]一種滾動軸承外圈缺陷二維量化診斷方法

有效

• 申請號: 201810956890.1
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN109211566B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 崔玲麗;黃金鳳;張飛斌;王華慶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M13/045
• 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二維量化診斷方法，其特征在于：包括以下具體步驟：

步驟1 建立參考坐標系，以滾動軸承的軸向對稱面為坐標系平面，以面向軸的輸出端為正面，以垂直向下為y軸正方向；以y軸正方向為參照，繞軸的運行方向旋轉90°為x軸正方向；以x軸正方向為參考坐標系的角度基準，設定x軸正方向旋轉到y軸正方向為參考坐標系的角度坐標正方向，即x軸正方向為0°，y軸正方向為90°；

步驟2 測取振動加速度信號，

在軸承座外表面與x軸負方向線的交點處安裝振動加速度傳感器1，振動加速度傳感器1測取的加速度信號命名為a_x；在軸承座外表面與y軸負方向線的交點處安裝振動加速度傳感器2，振動加速度傳感器2測取的加速度信號命名為a_y；設定采樣頻率F_s，采樣點數N；由振動加速度傳感器1和振動加速度傳感器2同時測取10組振動加速度信號，分別記為a_x,j和a_y,j，j＝1,2,3…10，j為振動加速度信號組的序號；根據滾動軸承型號和滾動軸承的內圈轉速f，計算出滾動軸承外圈缺陷的故障特征頻率f_o；

步驟3 判斷信號時域波形中的故障沖擊振蕩類型，以時間t為橫坐標，a_x1為縱坐標繪制振動加速度信號的時域波形圖；在時域波形圖中找出以1/f_o為周期的故障沖擊振蕩波形，標定故障沖擊振蕩波形的第一個零值階躍點為A_x,1，點A_x,1之后的第一個峰值點為B_x,1；當故障沖擊振蕩波形中不存在第二個零值階躍點，則判定信號時域波形的故障沖擊振蕩類型為Class 1，且標記故障沖擊振蕩波形中的第一個攪動點為C_x,1；當故障沖擊振蕩波形中存在第二個零值階躍點，則將其標記為D_x,1，且判定信號時域波形的故障沖擊類型為Class 2，標定點D_x,1之后的第一個峰值點為E_x,1，故障沖擊振蕩波形的終止點標定為F_x,1；對于Class 1型外圈缺陷，執行下述的步驟4到步驟6；對于Class 2型外圈缺陷，則執行下述的步驟7到步驟10；

步驟4 診斷Class 1型外圈缺陷周向尺寸，

如果步驟3中的判定結果為Class 1，則量取點A_x,1到點C_x,1之間的時間間隔T_c1，并由以下公式診斷出外圈缺陷的周向尺寸L_c1：

其中，R_r是滾珠半徑，R_p是節圓半徑，f為內圈轉頻，α₀是空載接觸角；

步驟5 判斷Class 1型外圈缺陷中心方位，

根據步驟3中繪制的時域波形圖，取得點A_x,1和點B_x,1的縱坐標值V_Ax,1和V_Bx,1；當V_Ax,1<V_Bx,1，則判定缺陷中心位于參考坐標系y軸的左側；當V_Ax,1>V_Bx,1，則判定缺陷中心位于參考坐標系y軸的右側；

步驟6 診斷Class 1型外圈缺陷中心位置尺寸，

利用步驟2中測取的振動加速度信號，由以下公式計算外圈缺陷中心位置尺寸θ_c1：

其中，和分別表示第j組振動加速度信號a_x,j和a_y,j的平均值，σ₀是振動加速度信號的故障基準標準差，N是數據點數，i是循環控制變量；至此完成Class 1型外圈缺陷的周向尺寸和位置尺寸的二維量化診斷；

步驟7 診斷Class 2型外圈缺陷周向尺寸L_c2，

如果步驟3中的判定結果為Class 2，則量取點A_x,1到點D_x,1之間的時間間隔T_c2，并由以下公式診斷出外圈缺陷的周向尺寸：

步驟8 判斷Class 2型外圈缺陷左、右邊緣方位；

根據步驟3中繪制的時域波形圖，取得點A_x,1、點B_x,1、點D_x,1和點E_x,1的縱坐標值V_Ax,1、V_Bx,1、V_Dx,1和V_Ex,1；當V_Ax,1<V_Bx,1，則判定缺陷左邊緣位于參考坐標系y軸的左側；當V_Ax,1>V_Bx,1，則判定缺陷左邊緣位于參考坐標系y軸的右側；當V_Dx,1<V_Ex,1，則判定缺陷右邊緣位于參考坐標系y軸的左側；當V_Dx,1>V_Ex,1，則判定缺陷右邊緣位于參考坐標系y軸的右側；

步驟9 計算Class 2型外圈缺陷左、右邊緣的σ_vh值

按照步驟2中的規則標定振動加速度信號信號a_x,j的故障沖擊振蕩波形中的點A、B、D、E和F，并分別記為A_x,j、B_x,j、D_x,j、E_x,j和F_x,j；按照步驟3中的規則標定振動加速度信號信號a_y,j的故障沖擊振蕩波形中的點A、B、D、E和F，并分別記為A_y,j、B_y,j、D_y,j、E_y,j和F_y,j；由以下公式計算Class 2型外圈缺陷左邊緣的σ_vh值：

其中N_Ax,j、N_Dx,j、N_Ay,j和N_Dy,j分別表示點A_x,j、D_x,j、A_y,j、D_y,j所對應的數據點數；再由以下公式計算Class 2型外圈缺陷右邊緣的σ_vh值：

其中N_Fx,j、N_Fy,j分別表示點F_x,j、F_y,j所對應的數據點數；

步驟10 診斷Class 2型外圈缺陷中心位置尺寸，

對步驟9中求解出的σ_vh,l和σ_vh,r進行比較，當σ_vh,l<σ_vh,r，則由以下公式計算Class 2型外圈缺陷左邊緣的位置尺寸θ_l：

再結合公式(3)計算出Class 2型外圈缺陷中心的位置尺寸θ_c2：

當σ_vh,l>σ_vh,r，則先對由以下公式計算Class 2型外圈缺陷右邊緣的位置尺寸θ_r：

再結合公式(3)計算出Class 2型外圈缺陷中心的位置尺寸θ_c2：

至此完成Class 2型外圈缺陷的周向尺寸和位置尺寸的二維量化診斷。