新型数字化轴承检测系统的设计

　　1 引 言

　　随着工业水平的不断进步, 生产自动化、制造工艺水平不断提高, 对于工业生产监控的要求也越来越严格。轴承作为机械设备中重要的旋转部件, 对它的出厂质量和运行状况的检测是十分必要的。轴承产品质量检测经历了人工手动检测、机械式检测、电子仪器检测的几个阶段, 目前应用较多的是模拟电子系统结构的检测仪器, 电路复杂、功能简单且难于扩充, 所以有必要研制设计基于数字信号处理系统的检测系统。

　　本文采用数字信号处理( DSP) 作为系统的控制中心,设计一套新型的数字化轴承振动检测系统, 可以应用于轴承产品质量检测和在线故障检测。

　　2 系统工作原理

　　滚动轴承正常工作和异常工作时, 其振动信号的频谱特性存在一定的差异, 通过高精度加速度型振动传感器, 采集被测轴承在某工况下一定时间长度的振动信号,通过放大、滤波、A/D 转换等步骤得到数字信号, 经由DSP 分析处理, 将得到的信号特征值与经验数据对比分析, 可以检测出被测轴承质量合格与否。

　　当然, 合格轴承与故障轴承型号特征之间的差异并不是固定不变的, 即使是对于同一故障轴承, 在不同的工作参数下表现出的故障特征也不完全一样, 这就需要通过大量对比实验得到该型号轴承的故障信息库, 故障信息的评测是通过实际信号特征值与故障信息库中的特征值比较得出的。故障信息库中的数据可以通过软件进行修改和增减,提高了该系统的灵活性和扩充性。

　　图 1 为检测系统工作原理框图。

　　3 系统设计方案

　　系统机械部分的设计和其它轴承检测仪器相似, 将被测滚动轴承通过上料机构安装到主轴前端的轴套上,通过夹紧机构和加载机构固定并施加一定大小的载荷,载荷力的大小可以根据轴承工作状态通过软件来控制。电机以一定转速通过主轴驱动轴承内圈旋转, 工作稳定后通过传感器采集轴承振动模拟信号。

　　电气部分采用 TMS320C240 作为系统的控制中心,振动信号通过放大、滤波、A/D 转换电路变成数字信号,通过各种分析和运算, 得到所需要的特征参数, 如振动的加速度级值、峰值、峰值因子、脉冲数等。根据不同的测量要求和类型, 各种测量参数阀值可以通过软件进行设定和修改。

　　这样设计除了具有制作简单、可靠性高、工艺性好等优点外, 最大的特点是功能可扩充性好。例如检测振动仪的主轴转速、模仿轴承实际运转速度检测轴承振动、振动信号的谱分析等, 增加少许硬件、修改或增加部分软件即能满足要求。