Получение набора вибрационных сигналов подшипника качения с разной степенью развития локального дефекта наружного кольца

Введение. Создание достоверных тестовых наборов вибрационных сигналов остаётся актуальной задачей вибродиагностики, поскольку отсутствие данных по ранним стадиям дефектов подшипников затрудняет разработку и верификацию алгоритмов диагностики. Экспериментальное получение таких сигналов ограничено отсутствием соответствующих образцов и длительностью процесса накопления повреждений. Существующие подходы на основе численного моделирования требуют высоких вычислительных ресурсов и сложной настройки, что снижает их практическую применимость. Пробелом в исследованиях является отсутствие простой, воспроизводимой и валидированной методики генерации сигналов, отражающих последовательное развитие дефекта. Целью данного исследования является создание упрощённой методики формирования тестового набора сигналов вибрации подшипника, который может использоваться для разработки и верификации новых методов вибродиагностики. Методика основана на комбинировании экспериментальных и смоделированных сигналов. Материалы и методы. В исследовании использовались экспериментальные данные, полученные с лабораторной установки, моделирующей роторный узел с подшипником качения (тип 180603). Для имитации ранних стадий дефекта (единичная и двойная ямка выкрашивания) применялось динамическое моделирование методом конечных элементов в среде ANSYS Mechanical (версия 16.2) на основе плоских элементов Plane162 с применением пакета LS-DYNA. Полученные последовательности импульсов накладывались на измеренный сигнал исправного подшипника для формирования комбинированных сигналов. Все сигналы (3 экспериментальных, 2 комбинированных) подвергались анализу с использованием преобразования Фурье, полосовой фильтрации (октавная полоса частот 5,4 кГц) и расчёта статистических параметров: СКЗ, пик-фактора и коэффициента эксцесса. Анализ проводился в среде Mathcad (версия 15.0). Результаты исследования. В результате исследования разработана методика формирования тестового набора вибрационных сигналов подшипника качения, охватывающая исправное состояние и последовательное развитие локального дефекта наружного кольца. Результаты показали корреляцию между амплитудой вибрационных сигналов и стадиями дефектов — наблюдался рост амплитуд в высокочастотной области, что подтверждает взаимодействие тел качения с дефектными поверхностями. Дополнительный статистический анализ выявил увеличение диагностических параметров (среднего квадратического значения, пик-фактора и коэффициента эксцесса) по мере развития повреждения. Установлено, что смоделированные сигналы воспроизводят характерные признаки дефекта и корректно вписываются в общую тенденцию изменения параметров. Обсуждение. Полученные данные демонстрируют, что предложенная методика позволяет упрощенно формировать эталонные сигналы без необходимости длительного накопления экспериментальных данных или повреждения оборудования. Физическая обоснованность смоделированных импульсов и согласованность динамики роста диагностических параметров с реальными данными подтверждают возможность использования данной методики для стандартизированного тестирования методов вибродиагностики. Заключение. Разработанная методика обеспечивает эффективное и воспроизводимое формирование тестовых наборов сигналов для вибродиагностики. Она может быть использована для ускоренной верификации алгоритмов, снижения затрат на эксперименты и повышения надёжности диагностики. В дальнейшем планируется упрощение генерации импульсов на основе аналитического моделирования и расширение методики на другие типы подшипников и дефектов.