加速度包络诊断轴承缺陷过程实践

发布时间：2024-04-25

一、了解包络

1、信号源为原始的加速度波形信号。

2、滚动轴承的缺陷一般产生周期性的冲击信号，可激起结构共振。这些共振频率就像高频载波信号，载波的幅值被冲击信号调制。

3、冲击一般按缺陷频率周期地重复。典型的特征频率有外圈通过频率(ORBP) 、内圈通过频率(IRBP)及滚动体通过频率(BSF, and 2xBSF) 。

4、重复的冲击在时域波形图上形成一系列的冲击脉冲。

5、包络分析就是对这些脉冲的解调。先对信号滤波，结构共振频率在带通滤波范围内。滤波时滤掉与转子及齿轮啮合相关的频率，这些频率会淹没轴承缺陷频率。

6、包络经过FFT变换，得到谱图 ，以此识别轴承缺陷。通常是谐波，其基本缺陷频率（及其边带频率）是轴承故障诊断的重点。

二、故障检测

经检测，某轴承存在脉冲现象，每转出现一个脉冲。随着时间的推移，一转出现3个脉冲，并且脉冲的幅值增大。很自然地联想到为内圈的裂纹。因为内圈按转速旋转，每转一周，缺陷经过一次载荷区。进入载荷区，缺陷就碰到滚动体，产生冲击，冲击的幅度在缺陷到达并与径向载荷方向重合时，随后减小直至缺陷开始离开载荷区后快速消失。

将包络分析的带通滤波频率范围设为4K~10KHz，可见谐波分量丰富。显示包络频率与某高速轴转速相关，的那条谱线对应就是高速轴转轴频率。

下一个主要特征频率是内圈通过频率10.8X 。这个中心频率两边有一系列的1X边带频率。10.8X 频率成分因为接近11X成分，开始时还以为所有的频率成分都是1X的倍频。仔细分析才看出有两个频率成分系列。两系列几乎重叠，但在5X、6X处还是能清楚地区分出来。10.8X 频率成分与内圈缺陷相关，缺陷在滚动体通过时产生幅值调制（时基图中相对较小的那个脉冲线），1X是内圈进入和退出载荷区是产生的幅值调制信号（相对较大的）。

 因为当前总的振动只有5g，且产生的脉冲波形非常窄，所以怀疑是一条微小裂纹。较宽些的损伤将产生不太好确定的冲特征。因此判断为轴承早期缺陷，继续观察运行。

继续运行8个月后，发现振动信号没有大的改变，振动幅值还是5g左右。但是，图形变得复杂了。其不再是单个的脉冲，而是出现多个较小些的脉冲，说明损伤形式发生了变化；在每转相同的位置出现双脉冲，说明存在另一个新的损伤，这个损伤比原来的脉冲小些。    

观察包络谱：1X分量增大，IRBP分量减小。IRBP的1X边频随1X分量增大。IRBP及峰度的变小可能是因为波形图中有大量的低幅值脉冲，IRBP的平均值减小，相应的峰度自然就小了。

因脉冲特征还是很窄，怀疑是在内圈上有一条裂纹且扩展。因为振动幅值依然是5g，所以还是决定继续观察运行，并做好更换轴承准备。

几个月后更换轴承发现，该轴承内圈存在一条细小的裂纹。基于上述过程，当包络谱上有一清晰的IRBP缺陷特征频率；时基图上窄的脉冲显示；有清晰地1X脉冲幅值调制时，一般为内圈裂纹缺陷。

（来源：振动诊断与转子平衡）