一種滾動軸承故障遷移軌跡可視化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機械故障診斷方法，特別是關(guān)于一種滾動軸承故障迀移軌跡可視 化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 滾動軸承是機械運行中一個復(fù)雜的系統(tǒng)，各個零部件之間存在相對運動，在設(shè)備 運行情況下引起振動，這些振動對設(shè)備造成的細微影響不易察覺，長期積累下引起設(shè)備不 同部位形成故障，故障原因不容易判斷，以至于不能提前做到預(yù)防工作，導(dǎo)致軸承甚至是成 套設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)使用。傳統(tǒng)機械設(shè)備中的滾動軸承監(jiān)測設(shè)備，只有對軸承的監(jiān)測作用， 不能形成可視化的圖形和數(shù)據(jù)，無法做到對故障點查找和排除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種滾動軸承故障迀移軌跡可視化的方法， 能直觀有效地分析故障的變化規(guī)律，將故障的發(fā)展變化用圖形方式表達出來，且計算簡單、 計算量小。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種滾動軸承故障迀移軌跡可視化 的方法，其特征在于包括以下步驟：1)在滾動軸承內(nèi)圈不同位置加工出點蝕故障，并在滾 動軸承內(nèi)圈上安裝三個振動傳感器；三個振動傳感器分別采集滾動軸承內(nèi)圈、外圈以及滾 動體的振動信號，進而獲取三組滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號、外圈時序振動信號和滾動體 時序振動信號；2)對滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號、外圈時序振動信號、滾動體時序振動信 號進行特征量提取，分別得到滾動軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體時序振動信號的變異系數(shù)、偏度 和峭度指標(biāo)；3)根據(jù)所述步驟2)得到的滾動軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體時序振動信號的變異 系數(shù)、偏度和峭度指標(biāo)，進而獲取不同時刻的狀態(tài)矩陣；4)根據(jù)所述步驟3)得到的滾動軸 承狀態(tài)矩陣獲取滾動軸承迀移矩陣；5)將所述步驟4)中得到的滾動軸承各迀移矩陣第一 列元素分別作為空間坐標(biāo)系中X、Y、Z軸的數(shù)值，映射到空間坐標(biāo)系后得到一個坐標(biāo)點，共 得到n-2個坐標(biāo)點；同理，滾動軸承各迀移矩陣第二列元素、第三列元素分別作為空間坐標(biāo) 系中X、Y、Z軸的數(shù)值，映射到空間坐標(biāo)系，得到第二列元素對應(yīng)的n-2個坐標(biāo)點以及第三 列元素對應(yīng)的n-2個坐標(biāo)點；6)將第一列對應(yīng)的n-2個坐標(biāo)點采用最小二乘法進行曲線擬 合，形成滾動軸承內(nèi)圈故障迀移曲線；第二列對應(yīng)的n-2個坐標(biāo)點采用最小二乘法進行曲 線擬合，形成滾動軸承外圈故障迀移曲線；第三列對應(yīng)的n-2個坐標(biāo)點采用最小二乘法進 行曲線擬合，形成滾動軸承滾動體故障迀移曲線，實現(xiàn)將滾動軸承故障的發(fā)展變化用圖形 方式表達。
[0005] 進一步，所述步驟2)中，所述滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號、外圈時序振動信號、滾 動體時序振動信號的特征量提取過程相同，所述滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號特征量提取過 程為：在Vt2、…、1時刻截取η個采樣點作為數(shù)據(jù)段，其中η= 2048,計算每個數(shù)據(jù)段的 變異系數(shù)std、偏度s和峭度指標(biāo)Cq:
[0006] 變異系數(shù)std為：
[0007] 式中，Xl為第i段數(shù)據(jù)段內(nèi)的時序振動信號；為\的均值，
[0008] 偏度s為
車中，μ表示期望，σ表示標(biāo)準差；
[0009] 峭度指標(biāo)Cq為：
[0010] 進一步，所述步驟3)中，所述狀態(tài)矩陣獲取方法如下：以^時刻下滾動軸承內(nèi)圈、 外圈及滾動體時序振動信號作為矩陣的行；以h時刻下滾動軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體的變 異系數(shù)、偏度、峭度指標(biāo)作為矩陣的列，組成3X3的狀態(tài)矩陣Si，代表h時刻下滾動軸承的 狀態(tài)；同理，得到狀態(tài)矩陣&……Sn。
[0011] 進一步，所述步驟4)中，滾動軸承由h時刻到12時刻的變化過程定義為滾動軸承 的迀移矩陣m12，即S2,則m12=S2/S1;同理，得到迀移矩陣m23、m34、…m(n1)n。
[0012] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明利用狀態(tài)矩陣表示故 障狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)矩陣獲取迀移矩陣，進而表示故障狀態(tài)的迀移，將故障變化規(guī)律映射到 矩陣的運算中，具有計算簡單、計算量小的特點。2、本發(fā)明根據(jù)迀移矩陣的列向量作為空間 坐標(biāo)系的數(shù)值，并映射到空間坐標(biāo)系得到坐標(biāo)點，進而將得到的所有坐標(biāo)點進行擬合構(gòu)成 滾動軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體的故障迀移曲線，將故障的發(fā)展變化用圖形方式表達出來，可 以直觀地分析故障的變化規(guī)律。綜上所述，本發(fā)明可以直觀地分析故障的變化規(guī)律，提前采 取有效措施，預(yù)防故障發(fā)生和減緩故障的劣化進程，可以廣泛在機械故障診斷領(lǐng)域中應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的整體流程示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種滾動軸承故障迀移軌跡可視化的方法，該方法用于 將故障的發(fā)展變化采用圖形方式表達出來，進而對滾動軸承故障實現(xiàn)迀移軌跡可視化，其 包括以下步驟：
[0016] (1)在滾動軸承內(nèi)圈不同位置加工出點蝕故障，并在滾動軸承內(nèi)圈上安裝三個振 動傳感器。三個振動傳感器分別采集滾動軸承內(nèi)圈、外圈以及滾動體的振動信號，進而獲 取三組滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號Xi(t)、外圈時序振動信號X。(t)和滾動體時序振動信號 Xr (t)ο
[0017] (2)對滾動軸承內(nèi)圈時序振動信號Xl (t)、外圈時序振動信號x。(t)、滾動體時序振 動信號\(t)進行特征量提取，三者特征量提取方法相同，以軸承內(nèi)圈時序振動信號Xl(t) 為例進行說明，其提取過程如下：
[0018] 在tpt2、…、1時刻截取η個采樣點作為數(shù)據(jù)段，其中η= 2048,計算每個數(shù)據(jù) 段的變異系數(shù)std、偏度s和峭度指標(biāo)C。：
[0019] 變異系數(shù)std為：（1) JΠ-L
[0020]式中，Xi為第i段數(shù)據(jù)段內(nèi)的時序振動信號；η= 2048 ;無為均值，
[0021] 偏度s為：
[0022]
(2)
[0023] 其中，μ表示期望，σ表示標(biāo)準差。[0024] 峭度指標(biāo)Ca為：
[0025]
[0026]
[0027] (3)根據(jù)步驟⑵得到的滾動軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體時序振動信號的變異系數(shù)、 偏度和峭度指標(biāo)，進而獲取不同時刻的狀態(tài)矩陣。
[0028] 具體方法如下：以h