滚动轴承故障的声发射检测技术
李风英，沈玉娣，熊军
(西安交通大学机械工程学院，西安710049)
摘要：介绍声发射信号技术的机理，研究用声发射检测滚动轴承故障的方法。把声发射信号与振动信号作对比，通过高通滤波后再进行包络解调，结果表明声发射信号可以较早地诊断出故障，抗干扰性好。而且经过信号处理之后，声发射信号分析的频率比较单纯，能够很简单地判断出故障部位。
关键词：声发射检测；轴承；故障诊断；信号处理
中图分类号：TG115.28 TB526 文献标识码：A 文章编号：1000-6656(2005)11-0583-03
Acoustic Emission Technique for Fault Diagnosis of Rolling Bearing
LI Feng -ying, SHEN Yu-di, XIONG Jun
(School of Mechanical Engineering, Xian Jiaotong University, Xi'an 710049, China)
Abstract:
On the basis of analyzing the mechanism of acoustic emission(AE) and its signal processing, the fault diagnosing method for rolling bearing was studied. The AE signals from rolling bearing were processed by high- pass filter and demodulation and compared with vibration signals. The results of experiments proved that acoustic emission technique was feasible for fault diagnosis of rolling bearing.
Keywords: Acoustic emission testing; Bearing; Fault diagnosis; Signal processing
滚动轴承是许多机械的重要组成部分。一般来说，轴承工作环境恶劣，因而也是机器中极易损坏的元件。对滚动轴承的故障预测和诊断技术也是近年来国内外研究的热点。传统的方法也有不少，但是检测效果甚微，主要原因在于环境噪声太大，轴承故障信号与振动噪声信号混在一起，无法判别。目前还有铁谱分析和铁磁分析法等一些成本较高的方法。但是对于滚动轴承的检测而言，由于故障信息较弱，噪声信号有时会掩盖甚至湮没故障信号。任何一种检测方法，首先是必须尽可能地消除干扰，尤其是消除流体动力的干扰和机械振动噪声，提高信噪比；其次，尽可能及早预报故障的发生。因而，及时准确地提取出故障信息，是诊断轴承故障的前提。由于声发射信号的频谱较宽，用其高频特性，可以有效抑制干扰，提高诊断的准确性。此外，轴承裂纹从产生至扩展阶段，所产生的声发射信号是很明显的，相比而言，对于微裂纹的缓慢扩展，振动信号就没有明显的变化。振动信号虽然能够提供较多的滚动轴承故障信息，但是由于信号构成比较复杂，故障信号经常与正常振动信号混在一起，而且频率成分与噪声干扰成分混在一起，往往不易清晰地判别出故障,因此需要较复杂的信号处理技术[1]。利用声发射技术对滚动轴承故障进行早期预报和诊断有很大的优势。下面利用声发射方法对滚动轴承故障进行分析。
1 声发射技术的原理及其应用于滚动轴承检测的可行性
1.1滚动轴承产生的声发射现象声发射是材料受到外力或内力作用产生变形或者裂纹扩展时，以弹性波的形式释放应变能的现象[2]。声发射检测是一种动态无损检测方法，声发射信号来自缺陷本身[3]。缺陷所处的位置和所受应力状态的不同其损伤程度也不同，所以声发射特征也不同。因此可以利用轴承的声发射信号对轴承的安全性及运行状态进行长期监测。
滚动轴承的故障主要有磨损、疲劳、腐蚀、断裂、压痕和胶合等形式。故障的位置一般是外圈、内圈、滚动体及保持架。磨损和疲劳是滚动轴承两种常见的故障形式。疲劳故障是由于轴承经常受到交变载荷的作用，在轴承的金属部件内部产生位错和塑性变形，由此产生疲劳裂纹源。磨损是由于轴承滚道、滚动体、保持架、座孔或安装轴承的轴颈，由于机械原因产生的表面磨损，金属品格发生弹性扭曲，逐渐产生微观裂纹，进而在外圈或者内圈出现麻点或微粒剥落等现象。所有这些故障的产生和发展过程中，都会伴随着声发射现象的产生。作者采用声发射信号对滚动轴承的故障进行研究分析，重点对于滚动轴承故障的信号变化进行研究。声发射信号一般可以分为突发型和连续型两类。滚动轴承的故障属于元件的剥落和裂纹时，产生的声发射信号可以归为突发型。轴承滚动体剥落的情况见图1。
由于润滑不足或工作表面胶合时，产生的声发射信号则可以看作是连续型的信号。
