滾動軸承的故障診斷方法研究

黎文爵（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

滾動軸承的故障診斷方法研究

黎文爵
（東莞市TR軸承有限公司,廣東東莞523000）

汽車使用中最容易受到磨損的是其滾動軸承，當它出現問題時，輕則能影響駕車的舒適度，重則會導致汽車的動力傳遞受阻。本文主要介紹了幾種滾動軸承的故障診斷方法，可以為實際操作的故障診斷提供更加精準的方法。

滾動軸承；診斷；方法

滾動軸承作為汽車上的支柱性零部件，它的性能情況直接決定了一輛汽車的質量高低。怎樣才能在不拆分汽車的情況下，將滾動軸承的微小故障檢測出來，并在它引起嚴重的后果前將這一故障消滅，是研究滾動軸承故障診斷方法的初衷。

1　在譜峭度和頻帶收縮方法基礎上的滾動軸承故障診斷方法

在譜峭度和頻帶收縮方法基礎上的滾動軸承故障診斷方法的診斷是自動化非常強的方法，過程中不需進行人為的操作。這種診斷方法基于譜峭度而生，結合頻帶收縮方法，能夠準確的找出因滾動軸承的故障而導致的譜峭度最高的頻帶，從而進行有效的診斷。

這種故障診斷方法的步驟分為（1）、構造一個Morlct小波族，包括四個小波濾波器，將Morlct小波族放在分析頻帶[0,f,2]內。經過原信號傅立葉和Morlct小波族相乘和逆變換，得到小波系數[1]。找到譜峭度最大值K1max和相應的頻帶[f11,f12]（2）、重復上述方法，找到K2max剛和相應的頻帶[f21,f22]，并對比K1max和K2max大小，進一步作出分析（3）、找出滿足Kn-1max大于Knmax條件的頻帶和相對的小波系數Wn-1kmax(a,t)，將小波系數和它的復共軛相乘，得出小波系數的最佳包絡，對其做傅立葉的變換，從而找出故障。

和傳統的故障診斷方法相比，在譜峭度和頻帶收縮方法基礎上的滾動軸承故障診斷方法的優勢明顯。它降低了傳統診斷方法對人員的苛刻要求，也可以大大縮小對共振頻帶的選擇范圍，從而使故障診斷的更加精確和準確，進而提高診斷的效率和效果。

2　小波包故障診斷方法

由于實際操作中的信號并不都是穩定的信號，因為外界的沖擊、機器的松動等不確定因素的加入，是不穩定信號的更加復雜。因此，在進行檢測時，不僅要考慮到時域還要考慮到頻域。小波變換是一種數學上的方式，它能滿足在進行故障診斷的時候需要進行的頻率和時間上的研究分析。

在處理信號時，小波變換既有優勢也有劣勢，雖然它能很好的適應在處理信號時對時域頻域要求，但是這也導致了另一問題，即“高頻低分辨率”[2]。小波包分解能對各種信號在整個的頻帶內做相應的正交分解，這從根本上說就是對被檢測的信號進行多帶通濾波。因為正常狀態下的和故障狀態下的器械它們的輸出信號的頻帶是不一樣的，小波包分析通過對這些信號的分析，從而找到是否有故障存在并且進一步找出故障所在。

小波包故障診斷的方法有兩種，一種是基于小波包變換的時域分析方法，一種是基于小波包變換的能量譜分析方法。基于小波包變換的能量譜分析方法是一種結合了小波包分解、小波包分頻帶能量檢測技術和重構原理的診斷方法。因為滾動軸承上的故障信號一般是隨機信號，常見的數學關系不能有效的表現這種信號的變化和起落，而小波包系數的變換和函數之間的相似度有著密切的關聯，基于此，這種系數的變換亦可形象的化為圖像。這種方法能夠清晰的展現出原始信號的穩定性、周期性以及非穩定性，進而找出滾動軸承上的故障原因。

3　滾動軸承故障的溫度診斷方法

和以上兩種方法的專業性不同，溫度診斷方法的實際操作性更強。因為摩擦，軸承周身會產生一定的溫度，正常運行情況下的軸承的溫度和有某種異常情況下的軸承的溫度有細微的差別，通過對溫度的檢測，可以確定滾動軸承是否存在故障。

溫度診斷方法對滾動軸承本身要求比較嚴格，軸承的運轉速度、是否潤滑等外界因素對溫度這一變量的影響也非常大。造成溫度出現不正常的升高的原因不僅僅只有軸承故障這一個因素，比如潤滑程度不夠，造成摩擦力變大，也會導致溫度的變化。此外，當軸承的故障比較小的時候，反應在溫度上的故障也更加微小，不足以引起重視，只有當故障變大時，溫度的變化才能被檢測到。因此，軸承上的微小故障如點蝕不能輕易的就能被溫度檢測方法察覺。

4　滾動軸承故障的振動診斷方法

目前使用的許多軸承診斷的儀器的制作原理都是基于振動法，國內專家關于滾動軸承的故障研究中振動診斷方法占85%以上[3]。這種診斷方法的使用性高、適應性強，診斷結果相對來說也比較準確。

依靠振動法診斷故障的方法比較多，比如幅值域處理、時域差處理等等。其中，時域準診斷方法最早應用于滾動軸承的故障診斷中。因為技術有限，時域波形很難直觀的表現出軸承的狀況，更無從下手找出軸承的故障。振動信號可以運用函數等變換成數字或圖像，用的比較多的數字特征有波形因子、方差、概率分布函數三種。

振動診斷方法可以對軸承的故障作出比較細致的分析和診斷，因為直接對頻譜信號作分析，可以更加直觀的發現問題所在，從而判斷軸承是否有故障。但是，振動發出的信號頻譜也會受到流體動力器械發出的聲音的干擾，信號的純凈度降低，依據此方法做出的判讀會產生誤差，這種診斷方法不能應用在精密儀器的故障診斷上。

5　結束語

滾動軸承應用在越來越多的器械上，各種交通工具離了它更是寸步難行。隨著技術的發展，花樣繁多的精密儀器越來越復雜，在生活中的應用也越來越多。軸承質量的好壞，不僅僅關系到器械的運行，甚至會造成巨大的經濟損失、人員傷亡。本文介紹了在譜峭度和頻帶收縮方法基礎上的滾動軸承故障診斷方法、小波包故障診斷方法、溫度診斷方法、振動診斷方法，希望能對滾動軸承的故障診斷有一定的幫助。

[1]周長生.齒輪與滾動軸承故障診斷方法的研究及專家系統的建立[D].蘭州理工大學,2007.

[2]陳聰.基于小波理論的滾動軸承故障診斷方法研究[D].電子科技大學,2013.

[3]崔寶珍.基于小波分析的滾動軸承故障診斷方法研究與應用[D].中北大學,2005.

黎文爵（1986—），男，廣東東莞人，本科，研究方向：產品設計。