Exponenta Banner
exponenta event banner

bearingFaultBands

Формирование частотных диапазонов вокруг характерных частот отказов шариковых или роликовых подшипников для выделения спектральных признаков

свернуть все на странице

Синтаксис

FB = BearingFureBands (FR, NB, DB, DP, beta)
FB = BearingFureBands (___, имя, значение)
[FB, info] = bearingFureBands (___)
bearingFureBands (___)

Описание

пример

FB = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta) генерирует частотные диапазоны характерных отказов FB ролика или шарикоподшипника с использованием его физических параметров. FR - скорость вращения вала или внутреннего кольца, NB - количество шариков или роликов, DB - диаметр шарика или ролика, DP - диаметр шага, и beta - угол контакта в градусах. Значения в FB имеют те же неявные единицы, что и FR.

пример

FB = bearingFaultBands(___,Name,Value) позволяет задать дополнительные параметры, используя один или несколько аргументов пары имя-значение.

пример

[FB,info] = bearingFaultBands(___) также возвращает структуру info содержащий информацию о сформированных диапазонах частот отказов FB.

пример

bearingFaultBands(___) без выходных аргументов строит гистограмму сгенерированных полос частот отказов FB.

Примеры

свернуть все

Открыть сценарий в реальном времени

Для этого примера рассмотрим подшипник с диаметром шага 12 см с восемью элементами качения. Каждый элемент качения имеет диаметр 2 см. Наружное кольцо остается неподвижным, когда внутреннее кольцо приводится в действие при частоте 25 Гц. Контактный угол элемента качения составляет 15 градусов.

С вышеуказанными физическими размерами подшипника создайте полосы частот с помощью bearingFaultBands.

FR = 25;
NB = 8;
DB = 2;
DP = 12;
beta = 15;
FB = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta)
FB = 4×2

   82.6512   85.1512
  114.8488  117.3488
   71.8062   74.3062
    9.2377   11.7377

FB возвращается в виде массива 4x2 с шириной полосы частот по умолчанию 10% FR которая составляет 2,5 Гц. Первый столбец в FB содержит значения F-W2, а второй столбец содержит все значения F + W2 для каждой частоты характерных дефектов.

Открыть сценарий в реальном времени

В этом примере рассмотрим микро-роликовый подшипник с 11 роликами, где каждый ролик равен 7,5 мм. Диаметр шага составляет 34 мм, а угол контакта - 0 градусов. Предполагая скорость вала 1800 об/мин, создайте полосы частот для роликового подшипника. Укажите 'Domain'как'frequency'для получения диапазонов частот FB в тех же единицах, что и FR.

FR = 1800;
NB = 11;
DB = 7.5;
DP = 34;
beta = 0;
[FB1,info1] = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta,'Domain','frequency')
FB1 = 4×2
104 ×

    0.7626    0.7806
    1.1994    1.2174
    0.3791    0.3971
    0.0611    0.0791


info1 = struct with fields:
        Centers: [7.7162e+03 1.2084e+04 3.8815e+03 701.4706]
         Labels: ["1Fo"    "1Fi"    "1Fb"    "1Fc"]
    FaultGroups: [1 2 3 4]

Теперь включите боковые полосы для частот дефектов внутреннего кольца и элемента качения, используя 'SidebandsПара имя-значение.

[FB2,info2] = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta,'Domain','order','Sidebands',0:1)
FB2 = 8×2

    4.2368    4.3368
    5.6632    5.7632
    6.6632    6.7632
    7.6632    7.7632
    1.7167    1.8167
    2.1064    2.2064
    2.4961    2.5961
    0.3397    0.4397


info2 = struct with fields:
        Centers: [4.2868 5.7132 6.7132 7.7132 1.7667 2.1564 2.5461 0.3897]
         Labels: [1x8 string]
    FaultGroups: [1 2 2 2 3 3 3 4]

Можно использовать сгенерированные полосы отказов FB для извлечения спектральных метрик с помощью faultBandMetrics команда.

Открыть сценарий в реальном времени

Для этого примера рассмотрим поврежденный подшипник с диаметром шага 12 см с восемью элементами качения. Каждый элемент качения имеет диаметр 2 см. Наружное кольцо остается неподвижным, когда внутреннее кольцо приводится в действие при частоте 25 Гц. Контактный угол элемента качения составляет 15 градусов.

С помощью указанных выше физических размеров подшипника визуализируйте полосы частот отказов с помощью bearingFaultBands.

FR = 25;
NB = 8;
DB = 2;
DP = 12;
beta = 15;
bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta)

Figure contains an axes. The axes with title Fault Frequency Bands contains 8 objects of type patch, text.

На графике обратите внимание на следующие частоты колебаний подшипника:

  • Частота дефектов обоймы, Fc при 10,5 Гц.

  • Частота дефекта шарика, Fb при 73 Гц.

  • Частота дефектов внешнего контура, Fo при 83,9 Гц.

  • Частота дефектов внутренней расы, Fi при 116,1 Гц.

Открыть сценарий в реальном времени

Для этого примера рассмотрим шарикоподшипник с диаметром шага 12 см с 10 элементами качения. Каждый элемент качения имеет диаметр 0,5 см. Наружное кольцо остается неподвижным, когда внутреннее кольцо приводится в действие при частоте 25 Гц. Контактный угол шара составляет 0 градусов. Набор данных bearingData.mat содержит спектральную плотность мощности (PSD) и соответствующие ей частотные данные для сигнала вибрации подшипника в таблице.

Во-первых, построить полосы частот подшипника, включающие первые 3 боковые полосы, используя физические характеристики шарикового подшипника.

FR = 25;
NB = 10;
DB = 0.5;
DP = 12;
beta = 0;
FB = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta,'Sidebands',1:3)
FB = 14×2

  118.5417  121.0417
   53.9583   56.4583
   78.9583   81.4583
  103.9583  106.4583
  153.9583  156.4583
  178.9583  181.4583
  203.9583  206.4583
  262.2917  264.7917
  274.2708  276.7708
  286.2500  288.7500
      ⋮

FB представляет собой матрицу 14x2, которая включает в себя первичные частоты и их боковые полосы.

Загрузите данные PSD. bearingData.mat содержит таблицу X где PSD содержится в первом столбце, а частотная сетка находится во втором столбце, как массивы ячеек соответственно.

load('bearingData.mat','X')
X
X=1×2 table
          Var1                Var2      
    ________________    ________________

    {12001x1 double}    {12001x1 double}

Вычисление спектральных метрик с использованием данных PSD в таблице X и диапазоны частот в FB.

spectralMetrics = faultBandMetrics(X,FB)
spectralMetrics=1×43 table
    PeakAmplitude1    PeakFrequency1    BandPower1    PeakAmplitude2    PeakFrequency2    BandPower2    PeakAmplitude3    PeakFrequency3    BandPower3    PeakAmplitude4    PeakFrequency4    BandPower4    PeakAmplitude5    PeakFrequency5    BandPower5    PeakAmplitude6    PeakFrequency6    BandPower6    PeakAmplitude7    PeakFrequency7    BandPower7    PeakAmplitude8    PeakFrequency8    BandPower8    PeakAmplitude9    PeakFrequency9    BandPower9    PeakAmplitude10    PeakFrequency10    BandPower10    PeakAmplitude11    PeakFrequency11    BandPower11    PeakAmplitude12    PeakFrequency12    BandPower12    PeakAmplitude13    PeakFrequency13    BandPower13    PeakAmplitude14    PeakFrequency14    BandPower14    TotalBandPower
    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    ______________

         121               121            314.43          56.438            56.438          144.95          81.438            81.438          210.57          106.44            106.44          276.2           156.44            156.44          407.45          181.44            181.44          473.07          206.44            206.44          538.7           264.75            264.75          691.77          276.75            276.75          723.27          288.69             288.69           754.61           312.69             312.69           817.61           324.62             324.62           848.94           336.62             336.62           880.44           13.188             13.188           31.418           7113.4

spectralMetrics представляет собой таблицу 1x43 с пиковой амплитудой, пиковой частотой и полосовой мощностью, рассчитанной для каждого диапазона частот в FB. Последний столбец в spectralMetrics - общая мощность полосы, вычисленная для всех частот 14 в FB.

Входные аргументы

свернуть все

Скорость вращения вала или внутреннего кольца, заданная как положительный скаляр. FR - основная частота, вокруг которой bearingFaultBands генерирует полосы частот отказов. Определить FR либо в Герце, либо обороты в минуту.

Количество шариков или роликов в подшипнике, указанное как положительное целое число.

Диаметр шарика или ролика, указанный как положительное целое число.

Диаметр шага подшипника, заданный как положительный скаляр. DP - диаметр окружности, по которой перемещается центр шарика или ролика во время вращения подшипника.

Угол контакта в градусах между плоскостью, перпендикулярной оси шара или ролика, и линией, соединяющей две дорожки качения, определяемый как положительный скаляр.

Аргументы пары «имя-значение»

Укажите дополнительные пары, разделенные запятыми Name,Value аргументы. Name является именем аргумента и Value - соответствующее значение. Name должен отображаться внутри кавычек. Можно указать несколько аргументов пары имен и значений в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Пример: ...,'Harmonics',[1,3,5]

Гармоники основной частоты, которая должна быть включена, указаны как пара, разделенная запятыми, состоящая из 'Harmonicsи вектор положительных целых чисел. Значение по умолчанию - 1. Укажите 'Harmonicsкогда вы хотите построить полосы частот с большим количеством гармоник основной частоты.

Боковые полосы вокруг основной частоты и ее гармоник, которые должны быть включены, указаны как пара, разделенная запятыми, состоящая из 'Sidebandsи вектор неотрицательных целых чисел. Значение по умолчанию - 0. Укажите 'Sidebandsкогда вы хотите построить полосы частот с боковыми полосами вокруг основной частоты и ее гармоник.

Ширина полос частот, центрированных на номинальных частотах отказов, заданная как разделенная запятыми пара, состоящая из 'Width"и положительный скаляр. Значение по умолчанию составляет 10 процентов от основной частоты. Не указывайте 'Widthс большим значением, чтобы полосы отказов не перекрывались.

Единицы частот полосы отказов, указанные как разделенная запятыми пара, состоящая из 'Domain«и либо» 'frequency' или 'order'. Выберите:

  • 'frequency' если вы хотите FB для возврата в тех же единицах, что и FR.

  • 'order' если вы хотите FB возвращать в виде числа оборотов относительно вращения внутреннего кольца, FR.

Выходные аргументы

свернуть все

Полосы частот отказов, возвращаемые как Nx2 массив, где N - количество частот отказов. FB возвращается в тех же единицах, что и FR, в герцах или заказах в зависимости от значения 'Domain'. Использование сгенерированных диапазонов частот отказов для извлечения спектральных метрик с помощью faultBandMetrics. Сгенерированные полосы отказов, [F −  W2, F + W2], центрированы в:

  • Частота дефектов внешнего контура, Fo и его гармоники

  • Частота дефектов внутренней расы, Fi, его гармоники и боковые полосы на FR

  • Частота дефектов элемента качения (шарика), Fbего гармоники и боковые полосы на Fc

  • Частота дефектов клетки (канала), Fc и его гармоники

Стоимость W - ширина полос частот, которую можно задать с помощью 'WidthПара имя-значение. Дополнительные сведения о частотах подшипников см. в разделе Алгоритмы.

Информация о диапазонах частот отказов в FB, возвращается в виде структуры со следующими полями:

  • Centers - Частоты отказов центра

  • Labels - Метки, описывающие каждую частоту

  • FaultGroups - Номера групп отказов, идентифицирующие соответствующие частоты отказов

Алгоритмы

bearingFaultBands вычисляет различные частоты несущей характеристики следующим образом:

  • Частота дефектов внешней расы, Fo = NB2FR (1 − DBDP cos (β))

  • Частота дефектов внутренней расы, Fi = NB2FR (1 + DBDP cos (β))

  • Частота дефектов элемента качения (шарика), Fb = DP2DBFR (1 − [DBDP cos (β)] 2)

  • Частота дефектов клетки (канала), Fc = FR2 (1 − DBDP cos (β))

Ссылки

[1] Чандраванши, М & Поддар, Суроджит. «Обнаружение неисправности шарикоподшипника с использованием параметров вибрации». Международный журнал инженерных исследований и технологий. 2. 2013.

[2] Сингх, Сухджит и Кумар, Амит и Кумар, Навин. «Анализ сигнатуры тока двигателя для обнаружения неисправности подшипника в механических системах». Procedia Materials Science. 6. 171–177. 10.1016/j.mspro.2014.07.021. 2014.

[3] Роке, Антонио & Сильва, Тьяго & Каладо, Жуан & Диас, Дж. «Подход к диагностике неисправностей подшипников качения». Транзакции WSEAS по системам и управлению. 4. 2009.

См. также

| |

Представлен в R2019b

Предиктивная документация по инструментам технического обслуживания

Поддержка