[发明专利]基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法

说明书

本发明属于轴承故障定位技术领域，具体涉及一种基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，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；取三个测点，根据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，即轴承外圈故障位置识别模型；采集具有故障的轴承上三个测点的实际信号；将采集到的实际信号输入到轴承外圈故障位置识别模型中，得到具体的故障角位置。本发明实现了对轴承故障的定位。

技术领域

本发明属于轴承故障定位技术领域，具体涉及一种基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法。

背景技术

滚动轴承是机械设备中最常用、最易损坏的关键部件之一，其运行精度直接影响设备的运行精度。针对非高精度旋转设备，当滚动轴承出现故障时，由于故障程度较轻，对设备的运行精度影响较小，几乎不会影响设备的正常运转，可以正常进行生产。但随着故障程度的加重，滚动轴承故障会导致转子系统过度振动、转子碰摩，甚至造成机器故障，从而导致生产和经济损失。为了降低滚动轴承故障对整个生产计划的影响，可以提前根据轴承故障预测其剩余使用寿命，根据轴承剩余寿命合理安排生产计划，对故障设备进行维修。而轴承外圈缺陷的定位在滚动轴承的故障排除、故障原因分析以及剩余寿命分析中起着重要作用，例如当其他因素相同时，轴承外圈故障位置越靠近载荷中心，缺陷扩展越快，轴承剩余寿命越少；不同位置的故障对应不同的故障原因。

目前振动轴承故障进行分析，大多判断对轴承故障进行定性分析，即判断故障的有无，或对轴承发生故障的部件进行区分，对轴承故障进行定性分析研究较少，尤其是对故障位置进行定性分析。目前对轴承外圈故障位置的研究多集中于载荷中心附近，研究范围较小，远不能满足实际需求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，实现轴承故障的准确定位。

本发明是这样实现的，提供一种基于同步均方根之比的轴承外圈故障定位方法，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；

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)中建立的轴承外圈故障位置识别模型中，得到具体的故障角位置。

优选地，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：