[发明专利]基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法

权利要求书

1.基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立轴承非线性接触动力学模型，将轴承系统参数和轴承仿真故障参数输入到轴承非线性接触动力学模型中，输出故障点位置的仿真振动信号；

2)取三个测点，根据步骤1)中故障点位置的仿真振动信号和轴承系统的衰减参数，得出三个测点位置的振动信号，将三个测点位置的振动信号进行同步均方根处理，基于此提出轴承故障定位指标曲线，拟合出轴承故障定位指标曲线与故障角位置的关系式；

考虑到轴承故障位置与测点之间存在一定距离，振动信号在传递过程中不可避免的存在一定的衰减，衰减过程类似于指数衰减，故在轴承动力学系统中引入振动衰减因素，经过衰减的振动信号表示为：

式中，s_l为经过衰减后的振动信号，s为故障位置处产生的振动信号，即s为x振动信号向量与y振动信号向量的加和，l为轴承故障点与测点之间的距离，r₀是振源半径，f₀是系统振源频率，ξ₀为几何衰减系数，α₀为能量衰减系数；

由于衰减的存在，当轴承存在外圈故障时，在不同测点处得到的振动信号存在差异，通过分析不同测点处振动信号与轴承故障位置的映射关系进行故障位置的识别，在轴承外圈取三个测点x₁、x₂、y₁，s_x1、s_x2、s_y1分别表示三个测点处的振动信号，首先将三个测点的振动信号进行同步均方根处理得到SRMS_y1、SRMS_x1、SRMS_x2，在此基础上提出轴承故障定位指标HHVSRMS：

DSRMS＝ΔSRMS₁/ΔSRMS₂ (8)

根据式(7)、式(8)和式(9)得到HHVSRMS曲线，可知HHVSRMS在270°左右两个区间内单调对称，则只考虑一个当时HHVSRMS与故障角位置的对应关系，根据其对应关系拟合HHVSRMS与故障角位置的关系式，识别出故障角度，之后根据中间参数DSRMS的值判断故障在270°的左侧还是右侧，得出最终故障位置，HHVSRMS与故障角位置的关系式如下：

式(10)为故障角时HHVSRMS的值与故障角位置的对应关系式，式中p₁、p₂、p₃、p₄是修整系数，f代表通过式(10)计算的中间量角度；

3)采集具有故障的轴承上三个测点的实际信号；

4)将步骤3)中采集到的实际信号输入到步骤2)中建立的轴承故障定位指标曲线与故障角位置的关系式中，得到具体的故障角位置。

2.根据权利要求1所述的基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，其特征在于，所述步骤1)中，基于几何边界故障模型理论对来描述轴承局部故障，轴承非线性接触动力学模型表达式如下：

其中，m为轴承质量，c、k分别为轴承系统的阻尼和刚度，Z为轴承中滚珠的个数，x、y分别为水平和竖直方向的振动信号向量、为观测滚珠与圆心之间的连线与水平方向的夹角；

对于外圈故障通过故障深度H，缺陷宽度相对于轴承圆心的夹角和缺陷位置角三个参数来描述，则第j个滚珠经过外圈缺陷时故障深度为：

其中，r₁为外圈滚道半径、r_b为滚珠半径；由轴承系统几何关系可知，第j个滚珠处的弹性变形表示为：

其中，c_r是轴承径向游隙，则根据赫兹接触理论其接触载荷表示为：

其中，K代表赫兹接触刚度。

3.根据权利要求1所述的基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，其特征在于，步骤3)中，利用一种轴承故障信号采集机构来采集具有故障的轴承上三个测点的实际信号，轴承故障信号采集机构包括门框型机体(11)，在机体(11)的两个侧边框和一个上边框上分别设有长条孔，在每个长条孔外侧的边框上活动连接有滑块，在三个滑块相互靠近的三个面上，分别固定连接一个非接触式振动传感器，在采集实际信号时，将轴承放在机体(11)中径，三个非接触式振动传感器采集故障轴承三个测点的故障振动信号。