图3-8 集散式数据的采集系统的框图 34

图3-9 所选的数据信号采集系统 34

1 绪论

1。1滚动轴承故障诊断的意义

滚动轴承是机械设备的最重要的旋转零件之一，同时也是机械设备的高发故障源之一。与机械系统的其他零件相比，滚动轴承的寿命的离散性非常大，这也是其重要的特点之一。

然而，在一些社会专家的调查报告中显示：滚动轴承故障的比例占旋转机械故障为30%，在电机故障中，大约有40%的故障是由感应电机的滚动轴承故障引起的，而在齿轮箱中，滚动轴承故障的频率仅仅低于齿轮故障，其大约占故障的比例为20%。相关研究显示，在机车上的滚动轴承，大约有40%每年都要检修，其中33%要被更换。所以对于滚动轴承故障监测和诊断，其具有极其重要的意义，不仅仅可以提高经济效益，减少不必要的损失，还具有使用价值，可以保障机器的安全运作和人员的安全。据一些专家学者统计，对机械设备的运行状态进行监测，对其进行故障诊断技术的应用以后，其发生故障的概率为原先的25%，维修费用也降低了20%~50%。滚动轴承故障诊断技术不仅仅可以及时的发现潜在的故障，而且还可以保证机械设备的运行状态，减少维修机器的费用，可以明显的提高经济效益。

1。2滚动轴承故障演化

正常的滚动轴承在工作过程中的规律性较好，并且其工作具有重复性。当正常的条件比较好的滚动轴承进行开始工作时，可能因为制造有些缺陷或者装配有些问题，测得的频谱有些散乱，但是其噪声和振动都会比较小。但是当滚动轴承运行一段时间后，噪声和振动都会维持一定的水平，并且一直工作下去。

当滚动轴承工作时间变长，工作状态不稳定时，滚动轴承的噪声开始增大，同时可能会出现异响，但是其振动的变化比较的缓慢，这时候，滚动轴承开始出现故障。一般的，滚动轴承的故障大致分为4个阶段，如下图1-1所示。

图1-1 滚动轴承故障演化过程图

第一阶段，滚动轴承故障的初发期。此时，对于滚动轴承所测得的噪声、振动、声音等均处于正常状态，但是频谱和它的尖峰能量总量会出现一些小的异常，这也是滚动轴承故障的一个预兆，代表滚动轴承即将发生故障，而滚动轴承故障的真正的故障频率大概在20kHz-60kHz之间。

第二阶段，即滚动轴承的轻微故障阶段。此时的滚动轴承的温度正常，振动的速度和频谱比以前略微的增加，但是变化不明显，其尖峰能量却有较大的变动。此时的滚动轴承故障的频率大概在500kHz-60kHz之间。

第三阶段，即滚动轴承的宏观故障阶段。此时的滚动轴承的温度略微的升高，振动的速率有较大的变化，而且可以用耳朵听到噪声。这时滚动轴承频谱上的尖峰能量大大的增加，比第二阶段的变化更大。此时的滚动轴承故障的频率大概在0kHz-1kHz之间。出现此种状态就建议更换轴承，并且可以看到滚动轴承上面有磨损等痕迹。

第四阶段，即滚动轴承故障的最后阶段。此时的滚动轴承的温度迅速升高，振动的速度比平时更快，但是振动速度频谱图上的一些相关的频率开始慢慢消失，取而代之的是随机的宽带高频，即频谱图上的“噪声地平”，尖峰能量迅速增大。这时必须更换滚动轴承，因为如果继续用滚动轴承，会损害机器，甚至会造成不可想象的灾难。

1。3滚动轴承故障诊断的基本环节

关于机械设备的运行状态的监测和故障诊断，其起源可以追溯到人类刚刚使用机械的那一天，但是那时候人们主要靠人的经验和人的感官来判断机械设备是否故障或者什么地方发生故障，达到修复机械设备的目的。但是随着科学技术的日新月异，机械设备的精密程度也越来越高，简单的仅凭经验和感官已经不能胜任机械设备运行状态的监测和故障诊断了，所以现在由微机技术，信号分析与处理技术和现代传感技术组成的机械设备故障诊断技术出现了。