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加速度包絡診斷軸承缺陷過程實踐

2024-04-25

一、了解包絡

1、信號源為原始的加速度波形信號。

2、滾動軸承的缺陷一般產生周期性的沖擊信號,可激起結構共振。這些共振頻率就像高頻載波信號,載波的幅值被沖擊信號調制。

3、沖擊一般按缺陷頻率周期地重復。典型的特征頻率有外圈通過頻率(ORBP) 、內圈通過頻率(IRBP)及滾動體通過頻率(BSF, and 2xBSF) 。

4、重復的沖擊在時域波形圖上形成一系列的沖擊脈沖。

5、包絡分析就是對這些脈沖的解調。先對信號濾波,結構共振頻率在帶通濾波范圍內。濾波時濾掉與轉子及齒輪嚙合相關的頻率,這些頻率會淹沒軸承缺陷頻率。

6、包絡經過FFT變換,得到譜圖 ,以此識別軸承缺陷。通常是諧波,其基本缺陷頻率(及其邊帶頻率)是軸承故障診斷的重點。

二、故障檢測

經檢測,某軸承存在脈沖現象,每轉出現一個脈沖。隨著時間的推移,一轉出現3個脈沖,并且脈沖的幅值增大。很自然地聯想到為內圈的裂紋。因為內圈按轉速旋轉,每轉一周,缺陷經過一次載荷區。進入載荷區,缺陷就碰到滾動體,產生沖擊,沖擊的幅度在缺陷到達并與徑向載荷方向重合時,隨后減小直至缺陷開始離開載荷區后快速消失。

將包絡分析的帶通濾波頻率范圍設為4K~10KHz,可見諧波分量豐富。顯示包絡頻率與某高速軸轉速相關,的那條譜線對應就是高速軸轉軸頻率。

下一個主要特征頻率是內圈通過頻率10.8X 。這個中心頻率兩邊有一系列的1X邊帶頻率。10.8X 頻率成分因為接近11X成分,開始時還以為所有的頻率成分都是1X的倍頻。仔細分析才看出有兩個頻率成分系列。兩系列幾乎重疊,但在5X、6X處還是能清楚地區分出來。10.8X 頻率成分與內圈缺陷相關,缺陷在滾動體通過時產生幅值調制(時基圖中相對較小的那個脈沖線),1X是內圈進入和退出載荷區是產生的幅值調制信號(相對較大的)。

 因為當前總的振動只有5g,且產生的脈沖波形非常窄,所以懷疑是一條微小裂紋。較寬些的損傷將產生不太好確定的沖特征。因此判斷為軸承早期缺陷,繼續觀察運行。

繼續運行8個月后,發現振動信號沒有大的改變,振動幅值還是5g左右。但是,圖形變得復雜了。其不再是單個的脈沖,而是出現多個較小些的脈沖,說明損傷形式發生了變化;在每轉相同的位置出現雙脈沖,說明存在另一個新的損傷,這個損傷比原來的脈沖小些。    

觀察包絡譜:1X分量增大,IRBP分量減小。IRBP的1X邊頻隨1X分量增大。IRBP及峰度的變小可能是因為波形圖中有大量的低幅值脈沖,IRBP的平均值減小,相應的峰度自然就小了。

因脈沖特征還是很窄,懷疑是在內圈上有一條裂紋且擴展。因為振動幅值依然是5g,所以還是決定繼續觀察運行,并做好更換軸承準備。

幾個月后更換軸承發現,該軸承內圈存在一條細小的裂紋。基于上述過程,當包絡譜上有一清晰的IRBP缺陷特征頻率;時基圖上窄的脈沖顯示;有清晰地1X脈沖幅值調制時,一般為內圈裂紋缺陷。

(來源:振動診斷與轉子平衡)

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