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日志

今天开始在论坛更新我的学习进度。今天更新关于滚动轴承多个缺陷情况下频谱特征的进度 ...

热度 3已有 1004 次阅读2017-10-29 22:14

现今的大多数书籍,公开资料上对滚动轴承部件故障的介绍大多类似,对
  1. 滚动轴承润滑不良
  2. 滚动轴承部件存在多个缺陷
  3. 滚动轴承松动(跑内外圈,游隙过大)
上述这3种故障的介绍较少甚至根本没有,对这些故障的 “故障形式/机理--时域信号特征--频谱特征” 整个过程没有建立起完整的证据链。

对于润滑不良故障,我单位内部有大量的简单结构设备都存在此问题,收集大量数据后总结归纳其频谱和时域特征,由此反推其故障机理的工作已经算是完成,也在论坛发布过。之后到现在为止,对润滑不良也有些进一步的认知和经验,这些将在以后找机会在写一帖进行发布。

而近期工作的主要内容时对轴承部件多个缺陷这一故障进行常识性研究。今天介绍下目前进度:
本身这个课题的内容较大,为了能让我这种水平差的家伙能研究的下去我做了一些假设性前提,从最基本的外圈故障开始。
假设存在安装完美的深沟球轴承,其外圈在承载区中心线对称的位置存在两个缺陷,同时缺陷的长度小于相邻的两个滚动体的滚道间距。

(论坛发帖实在时不方便编辑图片大小,随便凑合个图表示下大概意思)


那两个缺陷的滚道间距l和两个滚动体之间的滚道间距L存在固定关系即

l/L=a

那么同理,滚动体通过两个缺陷产生的冲击差频Fl和外圈故障频率Fo之间存在一个关系

Fl/Fo=a


我们知道滚动体通过单一缺陷会产生一组间隔为Fo的冲击信号,信号本身由两部分组成:一个是外圈故障频率和其谐波组成的冲击本身,另一个是固有频率被外圈故障频率调制形成的自由衰减振动。而在研究外圈缺陷的情况下 我们只需要关注故障频率和谐波组成的冲击本身即可。

故由此得知,两个缺陷会产生两组间隔为外圈故障频率的冲击信号,两组信号之间存在时间差,如下:

这是通过labview(感谢汪工介绍了这么好用的学习工具)模拟的两个组冲击以及简单叠加后得到的模拟信号,信号采样率为10k/S,采样总数据点数为10K。产生的信号持续时间为1秒。信号的冲击本身由振幅都为1的10Hz正弦波(也就是外圈故障频率为10Hz) 以及500个谐波组成,这些频率的初始相位都为“0” 。通过讲1号冲击组的尾部数据按数序调到前列来实现冲击后移,图中给出移动的数据点数为200个。

进行下简单的计算,采样时间1s,信号频率为10Hz极其谐波组成,则每一个冲击间隔为1/10=0.1s,在这0.1s内共有0.1×采样率10K/S=1000个数据点。2号冲击组是将1号冲击组的10k个数据点的最后200个数据移动到最前面去,那么1好冲击组和2号冲击组的时间差极为0.1s/5=0.02S 。换句话说就是滚动体通过第一个缺陷后0.02s通过第二个缺陷,两组冲击的频率差为50Hz.

那么频谱图呢?

左为完整的5000Hz频谱图 右为放大10倍后的500Hz频谱图,上为位移谱,下为求导后的速度谱。作为对比,我们在贴一张单个缺陷下的模拟频谱。


很明显的出现了外圈故障频率和其谐波本身出现了好像是调制的现象,一组调制的周期跨度看似为50Hz。


问题来了,为什么?

答:不知道。

问:怎么才能知道?

答:去学习FFT的性质和过程。因为目前的进度仅此而已,目前还存在以下几个问题尚待解决:

1 通过模拟得到的冲击信号真的能够模拟滚动轴承故障本身产生的冲击嘛?或者说滚动轴承故障产生的冲击真的可以这样模拟嘛?冲击在信号学上的本质时什么?冲击的确可以通过谐波和基频叠加模拟出来,但是这只时确定了频率成分,这些频率成分之间的幅值真的相等嘛?频率之间的相位关系真的是相等嘛?不同幅值和相位关系下叠加的信号会有什么特点?为何用矩形波模拟出来的冲击其频谱幅值有指数分布的趋势?

2 看似调制的现象真的可以用调制来解释嘛?


问题越问越多,越问越发现要补的地方越多,而这些问题只有深度了解了FFT的算法和性质之后应该才能得到解决。虽然可以通过收集大量实测故障数据来分析,但是理论不吃透,反推依然很困难。




我会尽可能做到2-4天更新一次学习进度,现在正在看数字信号处理,以及收集冲击信号相关的资料。

发表评论 评论 (3 个评论)

回复 impulse 2017-10-30 08:18
赞一个
回复 骨哥 2017-12-29 14:55
看着就晕菜。
回复 懵懂小学生 2021-8-19 06:43
make下,回头学习

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