压电加速度传感器安装谐振频率分析及应用

图2.10磁端面半径磁座高度－安装谐振频率关系图 由图2.10可以看出，在磁座端面半径与磁座高度改变的情况下，安装谐振频率的大体变化趋势是:在磁座底面半径小于大约5mm时,在底面半径相同的情况下,磁座

的高度越大安装谐振频率越大,在此情况下, 增加磁座高度, 能提高传感器的安装谐振频率；在磁座的底面半径大于5mm时,在底面半径相同的情况下,高度增大安装谐振频率反而略有减小的趋势,但是在磁座底面半径逐步增大的过程中,高度对安装谐

振频率的影响逐步减弱,不同高度的磁座所产生的安装谐振频率之间的差别越来越小,在此范围内,减小磁座底面半径和高度能够提高安装谐振频率.磁座的端面半径增大时，安装谐振频率一直在变小.

总的说来,在轴承振动测量中,在选择压电加速度传感器的安装磁座时，当高度在5mm以下时，应该尽量的选择底面半径较小而高度较高的磁座；当高度大于5mm时，选择底面半径和高度均较小的磁座，同时尽量的选用剩磁较大的磁座有助于提高安装谐振频率。

2.5本章小结

本章主要采用理论力学的方法，对由压电加速度传感器、磁座及轴承组成的测振系统进行了受力分析，建立了系统的数学模型，推导出了系统安装谐振频率的数学表达式，得出了磁座底面半径、磁座高度及磁座剩磁大小是影响安装谐振频率的主要因素。通过作出磁座底面半径、磁座高度及磁座剩磁大小对安装谐振频率的影响特性曲线图得出，在只考虑单一因素的情况下，磁座底面半径增大会降低测振系统的安装谐振频率；对于磁座高度方面,在高度小于5mm的情况下,增加高度明显地提高了测振系统的安装谐振频率，但是在高度大于5mm之后，增加高度安装谐振频率有所下降；对于磁座剩磁大小方面,磁座剩磁大小的变化几乎与测振系统的安装谐振频率同向的变化，增加磁座剩磁大小非常有助于提高测振系统的安装谐振频率。通过作出磁座端

面半径磁座高度－安装谐振频率关系图，我们可以看出，较小的磁座底面半径和合理的磁座高度有助于提高整体的安装谐振频率，上述的这些结论为我们今后在测量工作中有的放矢的提高测振系统的有效测量频率范围提供了有效的科学依据。

3 压电加速度传感器在轴承振动检测中的应用

3.1引言

滚动轴承是旋转机械中最普遍，也是最易损坏的元件，据统计旋转机械故障中，30％是由轴承故障引起的[14]，因此轴承制造企业对每个成品轴承都要进行在线全检，对轴承的质量状况作可靠的评估，对可能的使用寿命作可靠的预测[15]，以保证质量，从源头上减少由于轴承质量的原因而导致故障发生。

通常，获取滚动轴承的质量信息、进而进行质量评估有两种途径，一种是拾取轴承的振动信息，一种是噪声信息。滚动轴承的噪声，从本质上讲是振源形成的振动在空气中的辐射，也就是说振动与噪声有极其密切的相关关系。国内外许多学者通过大量的试验证明了二者的关系。由于噪声测量需要特殊条件，对现场在线检测的适应性和经济性均不如振动测量，所以国内的轴承制造企业均选择测量振动来评价轴承产品的质量[16]，国家也制定了相应的滚动轴承振动检测的标准。

导致轴承产生振动的可能原因来自轴承制造的全过程，如设计时，内、外圈沟道和球径的比值曲率、球径大小及球的个数等的不合理；加工时，套圈及其滚道以及滚动体的圆度、圆柱度、波纹度、粗糙度等宏观及微观的几何误差；生产过程中各组成零件的磕碰伤或划伤；装配时，润滑脂性能不良、灰尘和杂质粒子的混入[17]、不合适的径向间隙；以及保持架的制造误差都可能引起振动[18]。由此可见，轴承制造的质量信息将通过其振动反映出来。但是，应注意轴承的振动是多种因素综合作用的结果，要通过轴承的振动信号评价其制造质量、进而找出引起振动的工艺原因，须对其振动信号进行全面的分析。目前国内轴承制造企业广泛采用触针式加速度传感器测振，因传感器频响的限制，难以拾取低噪声乃至静音轴承质量评价需求的振动特征信息。

为验证本文第二章中对磁座式安装压电加速度传感器测振系统的安装谐振频率

分析的正确性，也为了比较磁座式安装与触针式安装在安装谐振频率上的差别，本文的研究结合铁姆肯（无锡）轴承有限公司立项的《滚针轴承“异常声”在线检测系统》课题的完成，采用磁座安装压电加速度传感器获取轴承的振动信号，并采用基于LabVIEW的虚拟仪器技术对所获取数据进行分析处理。本章的主要内容是对这一工作的介绍。