[发明专利]一种基于振动信号实时采集的滚动轴承工况量化分析方法

权利要求书

1.一种基于振动信号实时采集的滚动轴承运行工况量化分析方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S1：对振动传感器作初始标定，建立振动加速度和载荷的映射关系；标定采用轴承振动监测试验台装置，该装置包括驱动电机、变频器、主轴、柔性联轴器、轴承座、滚动轴承、分别安装于水平和竖直方向的振动加速度传感器、径向加载装置、温度传感器，以及标定时用的标准力传感器，或者一套配有数字力显示器的加载装置；具体过程包括如下：

S1-1：搭建滚动轴承振动监测试验台，对轴承安装径向加载装置；安装标准力传感器，实时记录径向载荷大小；在轴承座上安装振动加速度传感器，采集加速度信号；

S1-2：在外载荷为零的工况下，对标准力传感器和振动传感器进行零点标定和校准；

S1-3：在轴承径向承载范围内，对轴承递增地施加径向载荷，分别记录力的校准值和滤除转频成分的重构信号中径向加速度校准值；

S1-4：重复上述试验，取多组测量值的平均值，得到径向载荷F_r与径向振动加速度a_r的映射关系；对二维数据作插值拟合，得到振动传感器的载荷特性a_r-F_r曲线；

步骤S2：将标定后的振动传感器安装于轴承工作现场，采集滚动轴承运行期间的振动加速度信号，同时采集温度数据，得到监测数据序列；

步骤S3：根据振动信号频域图的数值特征确定转频的目标频带，然后进行带通滤波，根据滤波后信号的波形图识别转速；

步骤S4：对振动加速度信号作奇异值分解，抑制转频成分，突出载荷信息，在重构信号中对轴承外载荷进行冲击性识别；

步骤S5：对轴承外载荷进行定量识别；在时序上建立载荷与振动信号之间的数学关系，用负载特征参数量化总结每一个变载过程，计算平均载荷强度以量化描述承载强度。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承运行工况量化分析方法，其特征在于，所述载荷为径向外载荷，径向指轴承径向，分为水平和竖直两个方向分别检测其加速度并求二者矢量和，所述滤除转频成分使用的方法是奇异值分解。

3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承运行工况量化分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S3-1：在振动信号包络谱图中搜寻目标频段；从低频处搜寻局部幅值，其幅值显著高于周围边带噪声，标记最高幅值对应的频率为f₀，f₀拟为目标转频，根据对应公式，轴承所在主轴转速为R＝f₀×60，其转速误差为：

式中，f_c为采样频率，L为FFT运算点数；以f₀为中心选定目标频段，对信号进行带通滤波；

S3-2：对原始振动信号进行带通滤波；以S31中确定的f₀为中心频率，以转频误差为带宽量纲进行带通滤波，即带通区间为[f₀-ΔR/60,f₀+ΔR/60]，得到主轴转频时域信号，该时域信号波形理想状态下接近正弦波；

S3-3：计算主轴转速；由S32所得带通滤波后的信号，将信号波形视为正弦波，确定波形上的正弦周期，标记为T，则可以得到主轴转速：