智能状态监测与故障诊断

智能状态监测与故障诊断

测控一班

高青春

第一章

绪论

在现代化的机械设备的生产和发展中，滚动轴承占很大的地位，同时它的故障诊断与监测技术也随着不断地发展，国内外学者对轴承的故障诊断做了大量的研究工作，各种方法与技巧不断产生、发展和完善，应用领域不断扩大，诊断精度也不断提高。时至今日，故障诊断技术己成为一门独立的跨学科的综合信息处理技术，它以可靠性理论、信息论、控制论、系统论为理论基础，以现代测试仪器和计算机为技术手段，总的来说，轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段：第一段：利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。第二阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。第三阶段：利用共振解调技术诊断轴承故障。第四阶段：以计算机

为中心的故障诊断。

国外的滚动轴承的故障诊断与监测技术要先于中国，而且这项技术的发展趋势啊已经趋向智能化状态，因为它机械化迅速，技术和设备都比较先进些，目前的技术也比较完善。但是总体来看，这其中的距离在不断拉近，我们相信不久的将来，中国也会使机械完

善大国，也会完善和提高技术的精密度和准确度。【2 】【3】

1.1 轴承监测与故障诊断的意义

滚动轴承是机械各类旋转机械中最常用的通用零件部件之一，也是旋转机械易损件之一，在机械生产中的作用不可取代，据统计旋转机械的故障有30% 是由轴承故障引起的,它的好坏对机器的工作状态影响极大, 轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪音,甚至会引起设备的损坏,因此,对重要用途的轴承进行状态监测与故障诊断是非常必要的【3 】而且，可以生产系统的安全稳定运行和提高产品质量的重要手段和关键技

术，在连续生产系统中，如果某台设备因故障而不能继续工作，往往会影响全厂的生产系正常统运行，从而会造成巨大的经济损失，甚至可能导致机毁人亡的严重后果。未达到设计寿命而出现故障的轴承没有被及时的发现，直到定期维修时才被拆下来报废，使得机器在轴承出现故障后和报废前这段时间内工作精度降低，或者未到维修时间就出现严重故障，导致整部机器陷于瘫痪状态。因此，进行滚动轴承工作状态及故障的早期检测与故障诊断，对于设备安全平稳运行具有重要的实际意义。【14 】

1.2 滚动轴承故障的分类:

滚动轴承的故障多种多样，有生产过程中产生的也有使用过程中后天造成一系列故障，其失效形式有：

1.2.1 疲劳剥落: 指滚动体或滚道表剥落或脱皮在表面上,形成不规则凹

坑等甚至会一定深度下形成能裂纹，继扩展到接触表面发生

剥落坑，最后大面积剥落，造成失效。【12 】

1.2.2 断裂：由于轴承负荷过大,零件材料缺陷,压配过盈大,影热处理不

良等原因.

1.2.3 压痕：外界硬粒物质进入轴承中，并压在滚动体和滚道之间，使转动

表面形成压痕，凹坑。当轴承的过载或撞击造成表面部凹陷, 会产生噪音.

1.2.4 磨损: 滚动体由于辊道贺的相对运动和尘埃异物,变卖弄磨损，润滑

不良会加剧表面磨损，表面粗糙度加大，运转精度下降从而振动水平和噪声增大。

1.2.5 腐蚀和电蚀: 润滑油中水分,湿气的诊断与方法化学腐蚀,电流的电

腐蚀,和微振作用下形成的腐蚀【14 】

1.2.6 胶合: 润滑不良，高速重栽下摸查发热，极端时间温度高，导致表面

烧伤及胶合，张梅军，是发生在滑动阶层接触的两个表面, 一个表面的金属粘贴到另外一个表面的现象.会导致高温,噪音。.

1.2.7 塑性变形：过大的冲击负荷可以使接触表面局部塑性变形。从而导致

明显的形变，造成失效。【2 】

1.3 滚动轴承监测诊断方法与传感手段对轴承故障的诊断方法有很多种，但是无论是温度监测，噪音诊断，振动诊断等各方面都需要传感手段来实现，因为现代机械，如滚动轴承，它们都不是人工容易准确监测很诊断的，传感器是感器信息融合，有很多比较好的传感手段在轴承的故障监测诊断很实

1.3.1 光纤传感器——振动,温度是利用信号光束的光纤输出R 端面的参考

光束对比得出故障的部位.简单而又准确.

1.3.2 电感式传感器——轴的径向跳动，电感测微仪可以测量小尺度变化的

精密测量仪器，可以测量轴的物理性能，如径向跳动等。【9 】

1.3.3 温度传感器——间隙和油流动的会导致温度变化，通常，轴的温度随

着运转开始慢慢上升，1-2 小时后达到稳定状态。如果润滑、安装部不合适，则会导致轴承温度急骤上升，出现异常高温，这时必须停止运转，采取必要的防范措施。使用热传感器可以随时监测轴承的工作温度，并实现温度超过规定值时自动报警或停止，防止燃轴等事故的发生【1 】1.3.4 超声波传感器——超声波的穿透能力很强,衰减和弱,利用超声波的

入射和反射波形的变化情况可以判断出滚动轴承的故障类型和部位,这项技术现在运用得比较广泛.【8】

1.4 故障诊断分析方法:

1.4.1 时域分析: 应用时间序列模型及其有关的特性函数，判别轴承的运

行状态及故障形成的原因。振动信号的位移,速度,加速度,构成时域波型,包括统计特征参量分析,相关分析,时域同步平均法,

1.4.2 频域分析: 应用频谱分析技术，根据频谱特征变化,以时间为横坐标

的时域信号通过傅立叶(flourier), 分解为一频率为横坐标的频域信号，从而得到关于原频域和时域成分的复制于相位信息的一种变换方法。

包括，复制普分析法，相位谱分析法，平均谱分析法，功率谱分析法，对数谱分析法，倒频普分析法，已经成为诊断的主要内容了。是建立在时间或者是频率上分析所得信号的能量强度,将其与正常的轴承信号进行对比,得出故障的发生的部位。【12 】【13】

1.4.3 时频域分析（小波分析及分形分析）：小波分析是傅立叶分析的继

承和发展，可判别故障性质，当轴承发生故障时, 会发出非平稳信号,在