Page 195 - 《振动工程学报》2025年第9期

第 9 期 张伟涛，等：宽转速范围航发主轴轴承振动数据集 2125

内圈-外圈复合故障
复合故
障数据 内圈-外圈-滚珠复合故障
无干扰数 正常
轴承试 据采集 内圈故障
验机数 单一故 外圈故障
据采集 障数据 保持架故障
有干扰数 (仅复合故
据采集 障数据) 滚珠故障

(a) 内圈故障 (b) 外圈故障 图 4 采集数据框架
(a) Inner ring fault (b) Outer ring fault
Fig. 4 Framework of the collected data

油泵是航空发动机中的重要部件，它为发动机
中的旋转组件提供润滑油，具有润滑和冷却发动机
内部零件的重要作用。油泵在发动机启动后必须连
续工作，其在工作过程中会产生较大的连续周期性
振动干扰，因此对轴承振动信号带来很大干扰。试
(c) 滚珠故障 (d) 保持架故障 验中采用直流振动电机模拟油泵工作时产生的振动
(c) Bearing ball fault (d) Cage fault
干扰，因此启动直流振动电机后，采集得到的有干扰

图 2 轴承故障位置
数据是轴承故障源信号和干扰信号的叠加。

Fig. 2 Fault location of bearing
1.2 数据格式

数据集公开了包含 5 种单一轴承状态的数据，
AC2 AC3
AC1 其中包括内圈故障、外圈故障、滚珠故障和保持架
AC6 故障 4 种故障状态数据，以及无故障的正常状态数
据。这些数据以.mat 文件的形式进行存储，分别命
AC5 AC0 名 为： Inner.mat、 Normal.mat、 Outer.mat、 Ball.mat 和
AC4 Cage.mat。存储结构采用 struct 结构体，包含了 Num_

AC7 of_sample_points、Channel、Load、Rotate_speed 和 Data
这 5 个域，域的含义如表 2 所示。
(a) 试验机外壳传感器布置 (b) 轴承座外壳传感器布置
(a) Layout of sensors on the (b) Layout of sensors on the
shell of the testing machine shell of the bearing block
表 2 轴承单一故障数据存储结构及其含义
图 3 传感器布置图 Tab. 2 Storage structure of data of single fault for bearings and
Fig. 3 Layout diagram of sensors
its meaning

数据采集选用远程控制的方式，采集系统主要 域 含义
分为硬件系统和软件系统两部分。数据采集硬件系 Num_of_
样本点数目
统包括主控计算机、NI-PXIe 数据采集箱、PXIe-4492 sample_points
数据采集卡、NI 远程控制模块和加速度传感器。在 Channel 通道，共8个通道：channel1~channel8，
该系统中，数据采集卡被安装在数据采集箱中，用于 分别对应加速度传感器AC0~AC7采集的数据
载荷，包含“Low”和“High”两个元素，
采集轴承振动信号，采样率为 20 kHz，采集时长为 10 s。 Load
分别表示低载荷和高载荷
远程控制模块用于实现主控计算机和数据采集箱之
转速，范围为1000~10000 r/min，
间的通信，并通过光纤传输信号。加速度传感器用 Rotate_speed 以200 r/min为间隔依次递增，共46个转速值
于记录轴承的振动信号。
Data 4维张量，用于获取振动信号采样值
采集数据过程中分别考虑了无干扰和有干扰两
种情况，采集数据框架如图 4 所示。无干扰数据包 振动信号采样值的通用获取形式为：F. Data (i, j, m, n)，
含单一故障数据和复合故障数据两种类型，有干扰 其中 F 对应不同故障类型；第 1 维度索引 i 对应不同
数据只包含部分复合故障数据。这主要是由于单一 振动信号采样点；第 2 维度索引 j 对应不同通道；第
故障类型多，航发轴承更换工序复杂，而且转速密 3 维为转速维，转速索引 m 用于指示不同转速，其对
集， 采 集 大 量 有 干 扰 的 轴 承 振 动 数 据 所 需 时 间 太 应 的 转 速 v = 800+200×m， 具 体 对 应 关 系 如 表 3 所
长。在试验设计中，复合故障主要包含内圈-外圈复 示；第 4 维度索引 n 对应不同载荷。各维度索引具
合故障和内圈-外圈-滚珠复合故障两种。 体含义及使用方法举例如下：