加速度包絡診斷軸承缺陷過程實踐
2024-04-25
一、了解包絡
1、信號源為原始的加速度波形信號。
2、滾動軸承的缺陷一般產生周期性的沖擊信號，可激起結構共振。這些共振頻率就像高頻載波信號，載波的幅值被沖擊信號調制。
3、沖擊一般按缺陷頻率周期地重復。典型的特征頻率有外圈通過頻率(ORBP) 、內圈通過頻率(IRBP)及滾動體通過頻率(BSF, and 2xBSF) 。
4、重復的沖擊在時域波形圖上形成一系列的沖擊脈沖。
5、包絡分析就是對這些脈沖的解調。先對信號濾波，結構共振頻率在帶通濾波范圍內。濾波時濾掉與轉子及齒輪嚙合相關的頻率，這些頻率會淹沒軸承缺陷頻率。
6、包絡經過FFT變換，得到譜圖 ，以此識別軸承缺陷。通常是諧波，其基本缺陷頻率（及其邊帶頻率）是軸承故障診斷的重點。
二、故障檢測
經檢測，某軸承存在脈沖現象，每轉出現一個脈沖。隨著時間的推移，一轉出現3個脈沖，并且脈沖的幅值增大。很自然地聯想到為內圈的裂紋。因為內圈按轉速旋轉，每轉一周，缺陷經過一次載荷區。進入載荷區，缺陷就碰到滾動體，產生沖擊，沖擊的幅度在缺陷到達并與徑向載荷方向重合時，隨后減小直至缺陷開始離開載荷區后快速消失。
將包絡分析的帶通濾波頻率范圍設為4K~10KHz，可見諧波分量豐富。顯示包絡頻率與某高速軸轉速相關，的那條譜線對應就是高速軸轉軸頻率。
下一個主要特征頻率是內圈通過頻率10.8X 。這個中心頻率兩邊有一系列的1X邊帶頻率。10.8X 頻率成分因為接近11X成分，開始時還以為所有的頻率成分都是1X的倍頻。仔細分析才看出有兩個頻率成分系列。兩系列幾乎重疊，但在5X、6X處還是能清楚地區分出來。10.8X 頻率成分與內圈缺陷相關，缺陷在滾動體通過時產生幅值調制（時基圖中相對較小的那個脈沖線），1X是內圈進入和退出載荷區是產生的幅值調制信號（相對較大的）。
因為當前總的振動只有5g，且產生的脈沖波形非常窄，所以懷疑是一條微小裂紋。較寬些的損傷將產生不太好確定的沖特征。因此判斷為軸承早期缺陷，繼續觀察運行。
繼續運行8個月后，發現振動信號沒有大的改變，振動幅值還是5g左右。但是，圖形變得復雜了。其不再是單個的脈沖，而是出現多個較小些的脈沖，說明損傷形式發生了變化；在每轉相同的位置出現雙脈沖，說明存在另一個新的損傷，這個損傷比原來的脈沖小些。
觀察包絡譜：1X分量增大，IRBP分量減小。IRBP的1X邊頻隨1X分量增大。IRBP及峰度的變小可能是因為波形圖中有大量的低幅值脈沖，IRBP的平均值減小，相應的峰度自然就小了。
因脈沖特征還是很窄，懷疑是在內圈上有一條裂紋且擴展。因為振動幅值依然是5g，所以還是決定繼續觀察運行，并做好更換軸承準備。
幾個月后更換軸承發現，該軸承內圈存在一條細小的裂紋。基于上述過程，當包絡譜上有一清晰的IRBP缺陷特征頻率；時基圖上窄的脈沖顯示；有清晰地1X脈沖幅值調制時，一般為內圈裂紋缺陷。
（來源：振動診斷與轉子平衡）
