检测轴承罩故障的严重程度与外部诱导振动感应电动机

阿布古普塔¹,Rohank阿加瓦尔¹,Manan Temani²拉胡尔Gangwar Kr¹

B。理工大学的学生,EE称,印度商学院矿山、Dhanbad,恰尔肯德邦,印度
B。理工大学的学生,ECE称,印度商学院矿山、Dhanbad,恰尔肯德邦,印度

文摘

感应电动机在工业中扮演着重要的角色,有强劲需求的可靠和安全运行。其性能导致的失败关闭和损失的收入以及时间。轴承故障占最大比例在所有故障与感应的机器。本文方法确定笼在轴承故障的严重性的帮助下动态模型基于接触力学应用于外部谐波激励的情况下。雷竞技网页版本文着重于气隙变化来预测故障滚动轴承刚度的频率和损失。

关键字

感应电动机、状态监测、轴承故障,空气隙

I.INTRODUCTION

感应电动机主要是应用最广泛的电机因其结构简单、可靠性高和强度。在工业化国家,他们可以消费总量的40 - 50%之间生成的那个国家的能力[1]。然而,由于热、电气和机械应力,感应电动机的机械和电气故障是不可避免的。早期发现的异常运动将有助于避免昂贵的失败。失败比例统计报道,bycomponents感应电动机通常是:

定子故障(38%)

转子故障(10%)

轴承故障(40%)

其他故障(12%)

许多论文在文献中可以找到有关的一般状态监测感应机(2、3、4)。失败的分布在机器部件装配在许多可靠性调查报告论文[5],[6]。在电机轴承是常见的元素用来允许轴的旋转运动。滚动轴承使用在几乎每一个工业过程涉及旋转和往复机械[7]。轴承由两个戒指的内环和外环和一组旋转球或滚动元素在这些戒指。持续的压力轴承疲劳原因失败,通常在轴承的内在的或外在的种族。滚动的元素是有界的笼子里保证球之间等距离。局部故障将产生振动频率成分特征。不同的故障发生在轴承外滚道的错,球内水沟的错,错,笼子里的错。由于滚珠轴承支撑转子,任何轴承缺陷会产生转子和定子之间的径向运动的机器。 The mechanical displacement resulting from damaged bearing causes the machine air gap to vary in a manner that can be described by a combination of rotating eccentricities moving in both directions.

在工业应用中,轴承关键机械部件。设备的正常运转,取决于在很大程度上平稳运行的轴承。轴承故障不及时发现导致故障,损失的性能,并降低效率[8],[9],甚至可能导致灾难性的失败的机械。振动信号通常是用来检测机械故障轴承的存在。在很多情况下,基于振动信号分析诊断方法已经证明了它们的有效性[10],[11]。振动光谱分析可以用来确定为特定轴承故障特征频率的错。摘要小说在笼子故障检测和其严重性评估由仿真结果和图表。

二世。相关工作

在机械振动光谱,发现的问题有不平衡失调,宽松的,弯曲的轴和轴承局部故障。机械部件的简化运动模型(滚动轴承和齿轮啮合)通常用来模拟机器传动系的错误响应,为了预测故障频率[12],[13]。振动之间的关系和当前在感应电动机运行外部振动研究[14]。提出了基于接触力学感应电动机轴承故障模型下笼的错,加上机器的实验表征转子和从外部振动激发试验结果。雷竞技网页版它处理了故障诊断的滚子轴承应用于感应电机操作underexternal振动,采用振动分析和MCSA根据空气隙变化模型。在本文中,我们提出一种方法来检测轴承罩的严重性错误[14]中给出基于模型。

三世。轴承故障与谐波激励模型

图1 (a)展示了滚动轴承的主要组件模型,并显示相关的负荷区径向载荷的分布在犹太人的尊称(滚动轴承),它支持轴。图- 1 (b)解释了轴承模型的要点。

径向轴承由两个同心圆或种族,外部和内部,由滚珠或滚柱(图1 (a))。滚动的元素是受一个笼子里:一个组件,保持一个常数之间的角距相邻滚动元素和防止任何接触。雷竞技网页版局部故障将产生振动频率成分特征。这些轴承故障频率的函数轴承几何,操作速度,和外或内圈是否固定在框架。

Fr =转子机械频率

Fcage =笼故障频率

Db =滚动球体的直径

Dp =节圆直径

α=接触雷竞技网页版角

为了使模型简单,只有三个力组件将被认为是:

1)提供的力瓶;

2)转子和轴的重量;

3)轴承的变刚度分布。

特别是,转子由悬挂质量(包括转子、轴和内部种族)与定子的春天K1和K2。名义上,K1 andK2为健康的轴承是相等的;他们不同于彼此存在故障时(例如,滚动体切除)如图2所示。

振动器提供了一个谐波激励,为代表

此外,考虑到几何分布、刚度不仅依赖于球体的数量目前还在他们的相对位置。图3(一个)显示了每个球轴承的等效刚度。等效刚度是每个贡献的总和(建模弹簧并联配置),而单一的贡献取决于角Φ球的角位置和参考轴。雷竞技网页版接触力学理论应用于系统中。根据赫兹接触理论,球面径向变形与接触力成正雷竞技网页版比的2/3次方。每个球的力量贡献沿着加载方向可以表示为:

π是通用i施加的力球体。必须注意到,在一个健康的轴承、球面配置重复一段2π/ Z (Z是球体的数量)。

等效刚度是这样的:

假设Ksphere等于年轻的模块的钢铁。害怕的一个¯½¯一个害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½是克罗内克符号,l和j是其条件,表示为

的函数符号[x]返回+ 1如果论点是正数,−1如果参数是负数,如果否则ΔY0是距离(y1−y2)参考条件(电机和振动器停止)。参照图3(一),(4)可以很容易地解释说:当轴向下移动的参考条件,只有下面的球对称加载的水平线。在这种情况下,(6)的符号是正的,只有球体躺在底部(力组件与实线)给贡献等效刚度(5)签署以来的积极的在这个地区。另一方面,当轴向上移动的中立的立场,(6)是负的,而且只有球躺在上部(用虚线力组件)给负输出(5);然后,他们计算的计算各自的等效刚度。因此,等效刚度成为等于K1当轴向下移动,当它等于K2时向上移动。

一个。创建故障轴承的感应电动机

当N球体从轴承中删除,不支持的空置区可以建模为一个循环的叠加现象相同的旋转频率的笼子里。图3 (b)显示了一个示例删除两个领域。

的初始阶段yvacancy空缺位置参照纵轴可能选择但被假定为零的模拟不失一般性。有缺陷的轴承的等效刚度现在可以获得

在哪里

四、仿真和结果

从机械的角度来看,球体的损失将增加间隙接触轴承组件。雷竞技网页版这将导致减少的刚度,增加移动轴的径向方向。这通常会导致峰值的出现在¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½的振动光谱。如果外部径向载荷是简谐运动(例如,振动器振动)这是我们感兴趣的情况下,它作用于轴承推挽式励磁,和不受支持的区域是一致的行为方向每两次革命。因此,不同刚度的影响在笼子的错被视为主要峰值在2 A¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½的振动光谱。

粘性阻尼系数c被认为与等效刚度成正比(0.1%),和一个球体的刚度¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½集等于年轻的模块钢(210 000牛/平方毫米)。振动的振幅的大小为2单位当其频率等于1100 Hz。笼子的频率由公式(1)计算,发现等于11.9赫兹。球轴承内套的总数等于24,为了计算故障的严重程度由于空置或错位的球给Matlab模型中n的值是不同的。图4显示了Matlab的框图模型。

为了计算故障的严重程度,增加空领域不同数量从健康的轴承(无球删除)6球从轴承,发现二次谐波幅度组件即2¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯一½(23.8赫兹)继续增加增加空置在轴承,但对于一个健康的轴承没有球被发现没有二次谐波组件预计绘制在图5 (b)。转子的径向振动对定子是计算,以及由此产生的波形绘制在图5(一个),6 (a), 7 (a)和8 (a)。解调的径向振动信号显示一个占主导地位的组件,等于转动频率的二次谐波的笼子有缺陷的轴承如预期从上面的讨论(图6 (b), 7 (b)和8 (b))。结果4例采取aretabulated:

从表1。显然发现二次谐波分量的振幅增加删除了球的数量在仿真模型中。

图5。显示了径向振动波形和频谱在健康的情况下轴承(无球删除)。发现没有占主导地位的二次谐波峰值特征的笼子里的错这是理论上预期一样。因此在这种情况下没有笼子的错。

在图7 (b)和8 (b)占主导地位的高峰发生在2但0.08099级单位(四个球删除)和0.1031单位分别(6球删除)。谐波分量的大小的增加与增加空置是笼故障严重程度的确定性。

V.CONCLUSION

基于接触力学运动学轴承模型模拟外部谐波激励下。雷竞技网页版在振动频谱分析发现主要谐波在2 fcagewhose大小变化与笼故障由于刚度损失的严重程度取决于数量的球被仿真模型。因此笼故障的严重程度可以决定从振动光谱到特定数量的球。

引用

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