[发明专利]一种滚动轴承外圈故障定位诊断方法

摘要

本发明涉及一种滚动轴承外圈故障定位诊断方法。该方法首先建立滚动轴承系统非线性动力学模型，并由第二类拉格朗日方程推导出轴承系统的动力学微分方程组。基于系统动力学微分方程组，仿真出不同故障角位置时的轴承系统水平方向和垂直方向振动加速度信号。然后由仿真数据，采用最小二乘法拟合出外圈故障角位置与平垂同步均方根值的线性关系式。其次测取待诊断轴承系统的定位诊断基准数据，并计算定位诊断基准数据的平垂同步均方根值，从而确定待诊断轴承系统的外圈故障角位置θ与平垂同步均方根值的关系式。最终由外圈故障角位置定位法则确诊出被诊断外圈故障的角位置θ_d。本发明实现轴承外圈故障的精确定位诊断，具有重要的理论意义和应用价值。

主权项

1.一种滚动轴承外圈故障定位诊断方法，其特征在于：该方法包括以下具体步骤，步骤1建立滚动轴承系统非线性动力学模型及其微分方程组，建立轴承系统全局绝对直角坐标系，以面向动力输入端为参照，将水平方向设定为x轴，且水平向右为正方向，将垂直方向设定为y轴，且垂直向下为正方向，轴承内圈表示为质点m₁，轴承外圈表示为质点m₂，轴承内圈的水平方向位移和垂直方向位移分别表示为x₁和y₁，轴承外圈的水平方向位移和垂直方向位移分别表示为x₂和y₂，轴承外圈由水平方向的第一弹簧阻尼器和垂直方向的第二弹簧阻尼器支撑，第一弹簧阻尼器的刚度和阻尼系数分别表示为k₁和c₁，第二弹簧阻尼器的刚度和阻尼系数分别表示为k₂和c₂，将外圈故障角位置表示为θ，基于上述所建模型，由第二类拉格朗日方程推导出轴承系统的动力学微分方程组；步骤2建立平垂同步均方根值与外圈故障角位置之间的函数关系，设定外圈故障角位置的变化区间为[240°,300°]，将该变化区间进行7等分，则得到7个由小到大的外圈故障角位置θ₁,θ₂…θ_j…θ₇，j表示外圈故障角位置的编号，取值1～7之间的整数；由步骤1中推导的轴承系统动力学微分方程组求解每个故障角位置θ_j对应的水平方向仿真振动加速度信号a_x,j和垂直方向仿真振动加速度信号a_y,j，再计算每个故障角位置对应的平垂同步均方根值：上式中，N为仿真数据点数，其中，以θ_j为自变量，VR_j为因变量，由最小二乘法线性拟合出外圈故障角位置θ与VR值的关系式：θ＝270±k·(VR‑VR₄)   (2)步骤3测取待诊断轴承系统的定位诊断基准数据，以面向动力输入端为参照，设定水平向右为0°，将第一振动加速度传感器安装在待诊断轴承系统的轴承座的90°位置，将第二振动加速度传感器安装在待诊断轴承系统的轴承座的180°位置，由第一振动加速度传感器和第二振动加速度传感器分别测取外圈故障角位置在270°的垂直方向振动加速度信号a′_y和水平方向振动加速度信号a′_x，再计算待诊断轴承系统的定位诊断基准VR值:将VR'替换公式(2)中的VR₄，得到待诊断轴承系统的外圈故障角位置θ与VR值的关系式：θ＝270±k·(VR‑VR′)   (4)步骤4外圈故障角位置定位法则，以面向动力输入端为参照，设定水平向右为0°，将第一振动加速度传感器安装在待诊断轴承系统的轴承座的90°位置，将第二振动加速度传感器安装在待诊断轴承系统的轴承座的180°位置，由第一振动加速度传感器和第二振动加速度传感器分别测取被诊断故障轴承的垂直方向振动加速度信号a″_y和水平方向振动加速度信号a″_x，并计算被诊断故障轴承的VR值：分别绘制a″_x和a″_y的时域波形图，观察波形图中的故障冲击起始方向，当a″_x波形图中的故障冲击起始方向为正且a″_y波形图中的故障冲击起始方向为负时，则该外圈故障可判定为位于270°的左侧，即被诊断的故障角位置可确定为：θ_d＝270‑k·(VR″‑VR′)   (6)当a″_x波形图中的故障冲击起始方向为负且a″_y波形图中的故障冲击起始方向为负时，则该外圈故障可判定为位于270°的右侧，即被诊断的故障角位置可确定为：θ_d＝270+k·(VR″‑VR′)   (7)。