基于声发射的滚动轴承损伤振动机理研究
廖传军，罗晓莉，李学军
(湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室，湘潭 411201)
摘要：论述了声发射技术应用于滚动轴承状态监测和故障诊断的方法。对各典型状态滚动轴承在不同转速和栽荷下的声发射信号进行了振动分析，研究了滚动轴承的损伤振动随转速和栽荷的变化规律。定义了基于振动分析的声发射信号特征参数，研究了各特征参数随转速、载荷和损伤类型的变化规律。研究结果为滚动轴承的安全运行、状态监测和故障诊断提供了一种新的方法。
关键词：声发射检测；滚动轴承；损伤振动；载荷；转速
中图分类号：TG115.28；TB53；TH133.33 文献标识码：A 文章编号：1000-6656（2007)12-0712-04
Research on Damage Vibration Mechanism of Rolling Element Bearing
Using Acoustic Emission Testing
LIAO Chuanjun, LUO Xiao-li, LI Xue-jun
(Key Lab of Health Maintenance for Mechanical Equipment of Hunan Province, Hunan Science and Technology University, Xiangtan 411201, China)
Abstract：The AE technique is a very functional and valid technique applied on rolling element bearings diagnosis and examination. Based on the vibration analysis of AE signals under varying load and rotating speed, the patterns of damage vibration of rolling element bearings under varying load and rotating speed were researched. The characteristic parameters of AE which were defined based on vibration analysis under varying load, rotating speedand damage type were also studied. The results provided a new technique for security running, condition monitoring, and fault diagnosis of rolling element bearings.
Keywords: Acoustic emission testing; Rolling element bearing; Vibration damage; Load; Rotating speed
滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通用机械，是大型或重载设备主轴的支撑元件，它的运动状态是否正常直接影响整个系统的精度、可靠性及寿命等性能，其缺陷会导致系统产生异常振动和噪声，甚至导致设备损坏。因此，开展滚动轴承的状态监测和故障诊断及其系统的健康维护研究工作有着重要的意义。
1 基于声发射的滚动轴承检测技术
1.1 声发射技术简介
材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射。用仪器检测、记录和分析声发射信号以及利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。目前声发射检测作为一种成熟的无损检测方法，已被广泛应用于石油化工、电力、航天航空和交通运输等多个领域[1]。
1.2 声发射技术在滚动轴承检测中的应用研究
在目前滚动轴承的诊断方法中，振动分析是应用最广泛的方法。然而这种方法对滚动轴承内部微小裂纹及摩擦等早期故障不是很有效。其主要原因是振动分析方法是通过对加速度和位移等振动信号的分析处理来判断故障，相当于对故障的二次信号进行处理，没有实现真正意义下的实时检测。声发射是一种动态检验方法，声发射信号反映的是故障的一次信号，信号中隐含着有关声发射源特性的重要信息(如缺陷的类型、大小、位置和变化趋势等)，其对缺陷的反映具有真实性和实时性的特点，因而适用于高速、连续工作的滚动轴承在线监控及早期或临近破坏预报[2]。
滚动轴承一般需要在工作状态下进行实时检测。如果采用振动加速度传感器，则需要用电荷放大器将电荷量转化为电压量，而电荷放大器的抗干扰能力很难满足现场工况的要求，从而造成采集到的信号除有滚动轴承的故障信号外，还伴随有大量机构碰撞、摩擦以及发动机声音等噪声信号。声发射传感器输出的是电压信号，不需要中间的转换仪器，从而简化了检测系统；对于AE信号的放大可采用前置放大器，其体积远小于电荷放大器，且现场工况对其影响很小。因此声发射检测装置相对振动分析装置而言，具有简单、可靠性高、抗干扰性好和使用方便等优点[3]。
因此，利用声发射检测装置来拾取滚动轴承工况下的声发射信号，再对声发射信号进行振动分析，来判断滚动轴承运行状态的方法，能充分发挥声发射检测技术和振动分析各自在滚动轴承故障诊断中的优势，是一种科学、有效且实用的方法。
