[发明专利]一种滚动轴承外圈缺陷二维量化诊断方法

权利要求书

1.一种滚动轴承外圈缺陷二维量化诊断方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1 建立参考坐标系，以滚动轴承的轴向对称面为坐标系平面，以面向轴的输出端为正面，以垂直向下为y轴正方向；以y轴正方向为参照，绕轴的运行方向旋转90°为x轴正方向；以x轴正方向为参考坐标系的角度基准，设定x轴正方向旋转到y轴正方向为参考坐标系的角度坐标正方向，即x轴正方向为0°，y轴正方向为90°；

步骤2 测取振动加速度信号，

在轴承座外表面与x轴负方向线的交点处安装振动加速度传感器1，振动加速度传感器1测取的加速度信号命名为a_x；在轴承座外表面与y轴负方向线的交点处安装振动加速度传感器2，振动加速度传感器2测取的加速度信号命名为a_y；设定采样频率F_s，采样点数N；由振动加速度传感器1和振动加速度传感器2同时测取10组振动加速度信号，分别记为a_x,j和a_y,j，j＝1,2,3…10，j为振动加速度信号组的序号；根据滚动轴承型号和滚动轴承的内圈转速f，计算出滚动轴承外圈缺陷的故障特征频率f_o；

步骤3 判断信号时域波形中的故障冲击振荡类型，以时间t为横坐标，a_x1为纵坐标绘制振动加速度信号的时域波形图；在时域波形图中找出以1/f_o为周期的故障冲击振荡波形，标定故障冲击振荡波形的第一个零值阶跃点为A_x,1，点A_x,1之后的第一个峰值点为B_x,1；当故障冲击振荡波形中不存在第二个零值阶跃点，则判定信号时域波形的故障冲击振荡类型为Class 1，且标记故障冲击振荡波形中的第一个搅动点为C_x,1；当故障冲击振荡波形中存在第二个零值阶跃点，则将其标记为D_x,1，且判定信号时域波形的故障冲击类型为Class 2，标定点D_x,1之后的第一个峰值点为E_x,1，故障冲击振荡波形的终止点标定为F_x,1；对于Class 1型外圈缺陷，执行下述的步骤4到步骤6；对于Class 2型外圈缺陷，则执行下述的步骤7到步骤10；

步骤4 诊断Class 1型外圈缺陷周向尺寸，

如果步骤3中的判定结果为Class 1，则量取点A_x,1到点C_x,1之间的时间间隔T_c1，并由以下公式诊断出外圈缺陷的周向尺寸L_c1：

其中，R_r是滚珠半径，R_p是节圆半径，f为内圈转频，α₀是空载接触角；

步骤5 判断Class 1型外圈缺陷中心方位，

根据步骤3中绘制的时域波形图，取得点A_x,1和点B_x,1的纵坐标值V_Ax,1和V_Bx,1；当V_Ax,1<V_Bx,1，则判定缺陷中心位于参考坐标系y轴的左侧；当V_Ax,1>V_Bx,1，则判定缺陷中心位于参考坐标系y轴的右侧；

步骤6 诊断Class 1型外圈缺陷中心位置尺寸，

利用步骤2中测取的振动加速度信号，由以下公式计算外圈缺陷中心位置尺寸θ_c1：

其中，和分别表示第j组振动加速度信号a_x,j和a_y,j的平均值，σ₀是振动加速度信号的故障基准标准差，N是数据点数，i是循环控制变量；至此完成Class 1型外圈缺陷的周向尺寸和位置尺寸的二维量化诊断；

步骤7 诊断Class 2型外圈缺陷周向尺寸L_c2，

如果步骤3中的判定结果为Class 2，则量取点A_x,1到点D_x,1之间的时间间隔T_c2，并由以下公式诊断出外圈缺陷的周向尺寸：

步骤8 判断Class 2型外圈缺陷左、右边缘方位；

根据步骤3中绘制的时域波形图，取得点A_x,1、点B_x,1、点D_x,1和点E_x,1的纵坐标值V_Ax,1、V_Bx,1、V_Dx,1和V_Ex,1；当V_Ax,1<V_Bx,1，则判定缺陷左边缘位于参考坐标系y轴的左侧；当V_Ax,1>V_Bx,1，则判定缺陷左边缘位于参考坐标系y轴的右侧；当V_Dx,1<V_Ex,1，则判定缺陷右边缘位于参考坐标系y轴的左侧；当V_Dx,1>V_Ex,1，则判定缺陷右边缘位于参考坐标系y轴的右侧；

步骤9 计算Class 2型外圈缺陷左、右边缘的σ_vh值

按照步骤2中的规则标定振动加速度信号信号a_x,j的故障冲击振荡波形中的点A、B、D、E和F，并分别记为A_x,j、B_x,j、D_x,j、E_x,j和F_x,j；按照步骤3中的规则标定振动加速度信号信号a_y,j的故障冲击振荡波形中的点A、B、D、E和F，并分别记为A_y,j、B_y,j、D_y,j、E_y,j和F_y,j；由以下公式计算Class 2型外圈缺陷左边缘的σ_vh值：

其中N_Ax,j、N_Dx,j、N_Ay,j和N_Dy,j分别表示点A_x,j、D_x,j、A_y,j、D_y,j所对应的数据点数；再由以下公式计算Class 2型外圈缺陷右边缘的σ_vh值：

其中N_Fx,j、N_Fy,j分别表示点F_x,j、F_y,j所对应的数据点数；

步骤10 诊断Class 2型外圈缺陷中心位置尺寸，

对步骤9中求解出的σ_vh,l和σ_vh,r进行比较，当σ_vh,l<σ_vh,r，则由以下公式计算Class 2型外圈缺陷左边缘的位置尺寸θ_l：

再结合公式(3)计算出Class 2型外圈缺陷中心的位置尺寸θ_c2：

当σ_vh,l>σ_vh,r，则先对由以下公式计算Class 2型外圈缺陷右边缘的位置尺寸θ_r：

再结合公式(3)计算出Class 2型外圈缺陷中心的位置尺寸θ_c2：

至此完成Class 2型外圈缺陷的周向尺寸和位置尺寸的二维量化诊断。