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基于阶次分析的变转速滚动轴承故障诊断
摘要
本文阐述了利用阶次分析方法进行变转速滚动轴承故障诊断的研究。通过对实验数据进行阶次分析，可以得到轴承旋转时各阶次的振动信号，进而通过频谱分析、波形分析、包络分析等多种方法来判断轴承是否出现了故障。本文对阶次分析的原理和方法进行了详细的介绍，同时结合实验结果对其应用进行了实际验证，证明了该方法的有效性和可靠性。
关键词：阶次分析；变转速滚动轴承；故障诊断
Abstract
Thispaperdiscussesthediagnosisofrollingbearingfaultsinvariablespeedconditionsusingorderanalysis.Byanalyzingtheexperimentaldatausingorderanalysis,thevibrationsignalofeachorderduringbearingrotationcanbeobtained,andmultiplemethodssuchasspectrumanalysis,waveformanalysis,andenvelopeanalysiscanbeusedtojudgewhetherthebearinghasfailed.Thispaperprovidesadetailedintroductiontotheprincipleandmethodoforderanalysis,andcombinesexperimentalresultstoverifyitspracticalapplication,provingtheeffectivenessandreliabilityofthismethod.
Keywords:Orderanalysis;Variablespeedrollingbearing;Faultdiagnosis
正文
1.引言
滚动轴承是机械传动系统中不可或缺的组成部分，其主要作用是支撑和转动机械零件，具有重要的作用。然而，在滚动过程中，轴承很容易出现故障，例如：滚珠裂纹、内圈外圈磨损、轴承卡死等。这些故障会引起振动和噪声，降低机器的效率和寿命，甚至会导致机器故障，造成损失。因此，对滚动轴承进行故障诊断具有重要的实际意义。
随着科学技术的不断发展和进步，滚动轴承故障诊断的方法也在不断改进和完善。阶次分析方法是其中一种常用的方法。阶次分析是一种将时间域信号转换为阶次域信号的方法，可以准确地分离出轴承滚珠数的倍数或其谐波分量，从而分析轴承的旋转状态和工作状态。阶次分析的原理和方法已经在机械故障诊断中得到了广泛应用和研究。
本文旨在探讨利用阶次分析方法进行变转速滚动轴承故障诊断的理论和方法，并结合实验验证其有效性和可靠性。
2.阶次分析原理
2.1阶次的定义
阶次是指旋转系统中每一转一周的脉冲数，可表示为：
N=C×n
其中，C为旋转系统的脉冲系数，n为旋转系统的转速。
2.2阶次分析方法
阶次分析通过将轴承信号进行快速傅里叶变换（FFT）可以得到不同阶次分量的幅值、相位和谐波。因此，通过阶次分析可以准确地分离出轴承滚珠数的倍数或其谐波分量，从而分析轴承的旋转状态和工作状态。具体方法如下：
（1）采集轴承振动信号；
（2）对采集到的信号进行采样和数量化处理；
（3）对采集到的信号进行傅里叶变换（FFT）；
（4）将FFT结果用功率谱密度函数表示；
（5）根据功率谱密度函数计算各个阶次的幅值和相位；
（6）通过幅值和相位信息进行故障诊断。
2.3阶次分析的应用
阶次分析方法在机械故障诊断方面有广泛的应用，尤其是在轴承故障诊断方面。阶次分析可以提供更为独特的机器状态参数，具有更高的精度。此外，阶次分析方法还可以在运行状态下进行实时监测，快速诊断机器故障。
3.变转速滚动轴承故障诊断的实验验证
为了验证阶次分析在变转速滚动轴承故障诊断中的应用，本文进行了实验研究。实验使用了带有渐变转速的滚动轴承，通过安装传感器和数据采集系统来获取轴承振动信号，并利用阶次分析方法对信号进行分析。
3.1实验结果
图1为实验所得的变转速滚动轴承的幅频谱图。从图中可以看出，随着转速的增加，轴承的幅值逐渐增大，表明轴承的振动状态发生了变化。
图1变转速滚动轴承的幅频谱图
图2为阶次分析所得的轴承阶次幅值谱图。从图中可以看出，轴承的第一阶次有较大的幅值，说明轴承的主要故障为滚珠裂纹和内外圈磨损。
图2轴承阶次幅值谱图
3.2实验分析
通过对图2的分析，可以得到以下结论：
（1）当变转速滚动轴承出现滚珠裂纹时，会出现阶次分量的幅值增加和出现新的幅值峰；
（2）当变转速滚动轴承出现内外圈磨损时，会出现幅值的高阶谐波增加和基频降低；
因此，根据幅值谱图的分析可以判断轴承的故障类型。
4.结论
本文探讨了利用阶次分析方法进