振动监测对电主轴故障诊断应用.docxVIP

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振动监测对电主轴故障诊断应用

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摘要:随着工业制造4.0的推广及制造业的升级,机械设备也呈现出复杂与多样性,给设备可靠信也带来新的挑战。在以往的维修行业里,维护设备的方式停留在事后维修,给企业及个人带来了严重的经济损失及人生安全等问题。上世纪60年代随着设机械设备状态监测诊断技术推广,有效提高了设备的可靠性和使用周期。而电主轴作为行业里要求最高的旋转部件,对加工中心的加工精度和稳定性有着极大影响,作为机床核心部件之一轴承,它直接决定电主轴的性能,积极开展对电主轴振动监测诊断技术,能有效预测出轴承潜在缺陷,延长电主轴使用周期,起到节约成本的作用。下面本文将以ENSHU机床60S电主轴旋分配器轴承为研究对象,通过发现轴承早期缺陷,验证出振动监测对电主轴轴承诊断的有效性。

关键词:电主轴振动分析SPM加速度包络频谱分析

项目简介:

本文中提到的ENSHU60S电主轴的应用是在上汽通用汽车有限公司武汉分公司的发动机箱体加工线上,该生产线63台ENSHU加工设备组成,负责发动机缸盖、缸体从毛坯到成品的整个高精度加工过程。

电主轴振动监测信息(以SGE3期CHOP20D旋转分配器轴承为研究对象)

2.1了解加工状况收集电主轴轴承型号,60S主轴后端旋转分配器轴承型号为7005C,所有主轴选择同一转速2000RPM、同一把刀,刀具务必较小,防止刀具过大产生的主体不平衡,及以后对主轴数据横向、纵向对比带来的影响。

横向对比:即电主轴的型号、内部轴承、加工工艺完全一样,在正常工作情况下,各电主轴振动值应该非常接近。

纵向对比:即同一电主轴不同时间,相同工况下段采集数据进行对比(冷机和热机数据相差较大),观察趋势。

注:横向对比和纵向对比目前主要运用在电主轴前端轴承判断,通过机器数据的反馈可以及时发现改善电主轴轴承磨损、润滑失效、主体或刀具不平衡、漏水等潜在隐患。

2.2测量技术的选择

传统频谱分析方法:包括频谱分析在内,是基于在0—2kHz较低的频率范围,这方法通常用来监测机械四大问题:不平衡、不对中、共振、轴承,但针对轴承监测发现时多数为晚期状态,损坏严重,已影响设备正常使用。

SPM(ShockPulseMethod)冲击脉冲法:两个物体碰撞在一起会产一定能量的振动,这种振动不是连续状态而是以压力波的形式传递并呈现脉冲状态。由于轴承冲击信号能量低,尤其轴承前期阶段故障信号,常常会被淹没在背景噪声中,普通振动传感器提取冲击脉冲信号的无法完成的,采用专门冲击脉冲传感器,传感器频率设定在32KHZ,通过机械与电子的协调作用将获得的轴承信号放大5-7倍,针对放大信号进行分析即可得到脉冲信号周期及相应幅值,确定振源头来判断轴承前期故障。

冲击脉冲值与轴承的关系

滚动轴承的滚动体与滚道表面并不是完全光滑的,在轴承转动时“粗糙”的表面使两者润滑油产生波动,并对外滚道产生能量较小频率较高的冲击,当滚动体滚过某一缺陷位置时候会产生一个相对较大的能量,但频率较低的能量,这种冲击会随着表面缺陷放大而变大,将信号分析加以采集,进过分析可以确定滚动轴承的运行状态。

冲击脉冲评价轴承的3种状态

滚动轴承与润滑状态良好时候,运转中的冲击脉冲值都会很低;润滑不良而轴承没有损伤的时候,冲击脉冲值会很高;润滑正常而滚动体发生损伤时候,会出现周期性峰值,良好状态下HDm(总冲击能量)/HDc(初始冲击能量)均很低,轴承损伤HDm值升高,HDn(标准冲击能量)=HDm-HDc

加速度包络法:加速度包络技术加强了高频段瞬态畸变小信号的能量,将加速度包络检测技术与传统的频谱分析技术相结合,就能在轴承严重损坏之前,及时监测到轴承存在的早期缺陷及润滑问题,从而可以延长机器的故障预警期并防止计划外停机的发生。我们通过研究电主轴发出来的噪音值与加速度包络值之间表现,从采集频域波形可以很明显的捕捉到轴承的故障特征信号,给振动分析带来的极大方便。

0≤HDn≤20dB

正常状态

20dB≤HDn≤35dB

初期损伤

35dB≤HDn≤60dB

明显损伤

2.3数据采集周期

数据采集的时间定为3个月一次,每个月生成2个路径,每个路径分别对应缸体,缸盖线前端主轴轴承、后端分配器轴承,对存在隐患的主轴缩短监测周期或者进行电主轴轴承的更换。

2.4测试仪器及软件

数据采集器:SPM翡翠Leonova

分析系统:翡翠Leonova设备状态监测分析系统

传感器类型:冲击脉冲和振动传感器

三:电主轴状态分析

3.1SPM冲击脉冲传感器采集主轴旋转分配器轴承信号

轴承型号为7005C内径25mm转速2000RPM外圈故障频率=r/60*1/2*n(1-d/D*cosα

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