【《鼓风机轴承故障诊断的理论基础概述》3400字】

鼓风机轴承故障诊断的理论基础概述目录TOC\o"1-3"\h\u6031鼓风机轴承故障诊断的理论基础概述 1203261.1鼓风机轴承基本介绍 1179041.1.1定义 1217821.1.2结构组成 1103731.2鼓风机轴承的故障特征频率的计算 2245791.3鼓风机轴承的主要故障类型 3181411.4鼓风机轴承振动信号的包络谱分析 4鼓风机轴承基本介绍定义鼓风机轴承（rollingbearing）是将处于运转状态下的轴跟轴承座之间产生的滑动摩擦转变为滚动摩擦的机械元件，能够有效的减少摩擦损失。结构组成轴承一般由四个部分组成分别是内外圈、钢珠和保持架，一般轴承的内圈会直接与轴相连接，从而减小摩擦力。由于滚动摩擦的摩擦力小于滑动摩擦，所以人们使用轴承来降低机械零件之间的摩擦，这是轴承制造的基本原理。保持架的目的是为了增强轴承的稳定性，确保钢珠可以均匀的在内外圈之间分布。轴承是鼓风机的核心部件，通过轴承实现摩擦力的转换从而提高鼓风机的工作效率，使用轴承同时也减小了零部件之间的机械摩擦，提升了鼓风机的使用寿命。一般情况下，内圈与轴组装在一起并随轴旋转。外圈通常装有轴承孔或机械零件的外壳，起支撑的作用。保持架用来固定滚动体位置，使其均匀的排列在内、外圈之间，而滚动体的主要作用是把内，外圈间的滑动摩擦转化为滚动摩擦。在机械设备运行过程中，鼓风机轴承可能会由于材质不当、润滑不良、过载过大或锈蚀等因素而发生破坏。但即使轴承在安装和润滑环节不存在缺陷，经过长时间的工作，轴承还是会出现裂纹、剥落、点蚀、磨损等现象，从而影响到整个机械设备的正常运行。轴承具体的结构图如图2-1所示。图STYLEREF1\s21轴承的典型结构如图2-1所示，其中：D——轴承节径（mm）D——滚动体直径（mm)——内圈滚道半径(mm)——外圈滚道半径(mm)——接触角轴承在工作过程中每个部分产生的振动频率存在差异，频率的差异规律通常是振动频率越往内越小。为了进行对比试验需要得到无损状态下轴承各部的工作频率，可以利用下列公式[10]进行计算： （2-1）式中：E-材料的弹性模量（MPa）；I—圆环中性轴截而二次矩（）G—重力加速度（）—材料密度（）A—圆环的截而积（）D—圆环中性轴直径（）N—节线数（变形波）。鼓风机轴承的故障特征频率的计算由于轴承故障的原因以及表现形式的多样性，为了更好的进行故障对比，需要对不同故障的特征频率进行计算并记录，作为对比的数据，本次计算的故障前提是钢珠未产生位移，轴承整体未受到超过载荷的力的作用而产生形变，其他部分均为产生相对位移，在这种状态下，通过下列公式对轴承各部分特征频率进行表示[11-12]：1）内圈旋转频率 （2-2）2）单个滚动体与保持架通过内圈上一点的频率 （2-3）Z个滚动体通过内圈上的一点的频率 （2-4）3）单个滚动体与保持架通过外圈上的一点的频率 （2-5）Z个滚动体通过外圈上的一点的频率 （2-6）4）滚动体上的某点通过内圈或外圈的频率 （2-7）5）保持架的故障特征频率 （2-8）鼓风机轴承的主要故障类型（1）表面点蚀。在鼓风机轴承不断工作的同时会使机械产生疲劳，钢珠在滚道中持续不断地保持高速运动，表面的载荷会产生接触应力，接触应力不断的作用使机械表面产生一定的疲劳度，当疲劳度超过一定的限制后会对机械表面造成损伤，这是零件表面产生细微裂纹的重要原因。但是在制造轴承时人们选择的材料一般会具有较高的强度，高强度的轴承材料使得微裂纹难以大范围的扩展，因此只能在一个点不断的加深，最终在表面引起点蚀，也就是常说的疲劳点蚀。任由疲劳点蚀发展，甚至会导致轴承表面出现剥落、凹坑的现象；在这种情况下继续工作会导致剥落面积增加。疲劳点蚀使轴承表面的载荷分布不均，从而产生冲击载荷，这也是轴承异常振动和噪声的主要原因之一。疲劳点蚀是所有的轴承都无法避免的。（2）表面磨损。轴承在工作过程中各零部件表面产生接触，接触就会导致零件出现磨损，正常状况下磨损是一个非常漫长的进程，但是当设备之间的润滑失效或者由周围环境不洁所产生杂质附着在设备的工作表面也会加快这一进程，从而导致设备的磨损加剧。磨损会导致表面的摩擦力增大引起更大的磨损，也会导致零件之间的接合出现缝隙，使零件的精度受到影响。同时它也是轴承异常振动和噪声的主要原因之一。（3）表面胶合。轴承的表面胶合是一种表面状态的形容，具体指零件表面在环境的影响下附着其它零件的金属材料表面，这种状况发生的原因通常是零件过度缺乏润滑以及高强度的工作带来的高温，高温会使零件表面的金属发生一定的融化从而附着到另一个表面之上，表面胶合状态较轻时只会发生轻度的粘结，通常表现为金属表面出现擦痕，当情况较为严重时轴承处于完全不能工作状态，对于零部件来说胶合是一种极为严重的损害。(4)构造断裂。部件开裂，断裂是机械轴承最危险的失效形式，造成这种失效的主要原因包括轴承材料强度低、热处理不当、超负荷运转；除此之外，下列情况也会引起构造断裂，错误的装配、不合理的轴承设计或各种原因造成的润滑性能不足等。(5)腐蚀。腐蚀是由水侵入轴承部件产生的化学反应引起的。由于金属的表面温度较低，处于休息状态的设备轴承表面同空气中的水蒸汽存在温差，会使其发生凝结形成小水滴并附着在轴承表面，若不注意保养，环境中其他会与水发生化学反应的物质会与设备表面接触，形成化学腐蚀。使金属表面生锈，严重时甚至会导致表皮脱落，从而导致增大设备面之间的摩擦力。(6)电蚀作用。鼓风机在工作过程中需要线路供电，且电流较大，当电流的强度超出一定限制会对设备产生放电。高能的电流会击穿润滑脂的保护膜形成高温，高温导致金属表面发生融化，使设备出现融焊现象。电蚀严重时会在轴承金属表面形成电流凹坑，增大设备面之间的摩擦力，对设备产生破坏。(7)塑性变形。当设备在低速运行时，轴承会产生间歇性的振荡，这种振荡的原因使设备产生不可逆的塑性变形。从力学角度讲不可逆塑性变形的主要产生原因是设备承受的挤压应力超过了设备可以承受的极限；同时当零件温度超出设备可以承受的温度极限时也会产生塑性变形；硬度大于设备本身制作材料的细小物体进入轴承内部并伴随轴承运动，会在轴承表面形成划痕，严重时也会造成轴承永久塑性变形。鼓风机轴承振动信号的包络谱分析包络谱分析是目前用于轴承、齿轮箱和涡轮机叶片故障诊断的主要工具之一。在使用包络谱分析时不能单独使用，要完成分析任务，还需要使用一个重要工具，它就是希尔伯特变换包络解调法。希尔伯特变换包络解调法的主要过程是对原始信号进行希尔伯特变换，得到一个新的信号，这就是解析信号，之后再利用傅立叶变换，分析后的信号的振幅需要作为包络信号使用。原始信号的包络分析是通过上述操作实现的。希尔伯特算法备受各领域学者和工程师的青睐，这是因为它具有解决以往算法复杂程度高的问题的能力[13-14]。希尔伯特变换简单易行的算法和效果显著的包络谱分析也被深入应用于机械零件振动信号分析的故障诊断中，这在一定程度上促进了工业制造业的进步。利用希尔伯特对原始信号进行变换转换后通过下列公式定义： （2-9）进过希尔伯特变换后的虚部通过上述公式进行整理可以得到一个新的解析信号 （2-10）上式中为解析信号，为它的的包络通过下列公式对其进行定义 （2-11）由于信号在传输的过程中难以避免的会被干扰，就是人们常说的噪声，它会导致信号的表达受到影响，通过包络谱分析的方法就可以将有价值的振动信号进行重点分析，从而找到故障状态下的设备频率特征并对其进行特征提取，这种分析方法在鼓风机轴承振动信号的分析中取得了显著的成效。在鼓风机轴承故障的诊断过程中，需要先进行鼓风机轴承振动信号的分析，通过系统分析对鼓风机轴承的故障特征频率进行提取，然后用希尔伯特变换分析所有振动信号的包络谱，并将包络谱峰值的对应频率与轴承的故障特征频率进行比较，根据比较结果的相似性和差异性确定设备故障的原因[15]。现实的工作中由于设备环境的复杂，存在诸多干扰因素，容易导致收集的信号失真，从而影响最终的判断结果，为此必须要对环境中无价值的噪声信号进行滤除，并从中筛选出有价值的信号进行特征提取，这一过程仅依靠希尔伯特变换得到的包络谱难以实现。为了提高故障分析系统对故障判断的准确率，不仅要滤除无价值的信号，还需要对有价值的信号