滾動軸承故障

1、軸承類故障例1 云南銅業(yè)股份有限公司鍋爐引風(fēng)機(jī)故障（1） 機(jī)組概述電收塵車間鍋爐引風(fēng)機(jī)（布袋風(fēng)機(jī)），由電動機(jī)通過聯(lián)軸器和軸承座帶動風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動，葉片數(shù)12，為典型的懸臂風(fēng)機(jī)，介質(zhì)為煙氣尾氣，支撐均為滾動軸承。其相關(guān)參數(shù)如下：電機(jī)額定功率：250kw電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1477r/min電機(jī)端軸承型號：N322（負(fù)載端）、6322（風(fēng)扇端）風(fēng)機(jī)端軸承型號：N322（2） 測試方案根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)，對機(jī)組軸承處殼體振動信號進(jìn)行測量提取，共提取4個測點(diǎn)，9個振動通道。測試儀器為鄭州恩普特設(shè)備診斷工程有限公司的設(shè)備狀態(tài)檢測與安全評價系統(tǒng)PDES-E，傳感器主要為速度傳感器，磁座吸附安裝。測點(diǎn)布置圖如圖1。（3）

2、 測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)見表1下圖為軸承振動波形圖和頻譜圖從本次測量的振動值大小和頻譜圖來看，機(jī)組目前處于良好的工作狀態(tài)，沒有明顯故障成分，但從本機(jī)組的運(yùn)行歷史可知，該機(jī)組的軸承經(jīng)常損壞，壽命很短，說明存在其他損壞軸承的因素。本次所測量的實(shí)驗數(shù)據(jù)，雖然振動值不大，但也出現(xiàn)軸承故障特征。 圖2 軸承前端水平方向振動特征（4） 案例解析從歷史的角度看問題是故障診斷的基本準(zhǔn)則之一。一般來說，變化率和累計變化率都能正確判斷機(jī)器狀態(tài)的變化。本例中振動烈度雖然較小，但沖擊特性很明顯，滾動軸承故障特征初現(xiàn)，說明軸承處于故障初期，屬輕微的沖擊性局部故障。例2 焦作電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)故障診斷（1） 測試與分析概況2006

3、年12月5號，焦作一發(fā)電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)振動大，尤其在電機(jī)端，振動異常，并有較大噪聲，經(jīng)測試分析發(fā)現(xiàn)，在16hz振動幅值是0.3mm/s，而在110hz處振動達(dá)到0.8mm/s。該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960rpm（16hz），分析知道，110hz是略低于7 倍頻的頻率，經(jīng)查，該處軸承為滾子軸承，滾子數(shù)量為14,110hz頻率正好接近于1/2*14*fr,可以判斷為滾動軸承故障。（2） 案例解析判斷滾動軸承最簡易的方法是，3倍頻以上非整數(shù)倍轉(zhuǎn)速頻率成分是關(guān)注的重點(diǎn)，如本例中特征頻率為6.875倍轉(zhuǎn)速頻率，在滾動體數(shù)目不詳?shù)那闆r下用此法預(yù)估，完全可以滿足現(xiàn)場診斷的需求。例3 某航空公司齒輪箱滾動軸承故障（1）

4、案例分析某航空軸承需要在軸承實(shí)驗器上進(jìn)行持久壽命試驗考核。由于試驗時間很長，試驗軸承轉(zhuǎn)速高，在試驗過程中對試驗器的變速箱進(jìn)行了全程的振動監(jiān)測，并用上述方法對變速箱中的滾動軸承進(jìn)行了故障診斷。圖3是對試驗器的變速箱進(jìn)行振動監(jiān)測的簡圖。在變速箱軸承座上拾取的振動加速度信號經(jīng)過調(diào)理器的處理后送入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。振動信號采樣頻率為51200hz，采樣觸發(fā)方式為轉(zhuǎn)速脈沖觸發(fā)開始采集，振動加速度傳感器為YD-3，轉(zhuǎn)速測量采用光電反射式測量方式。變速箱中1,2,3,4齒輪分別是 圖3 航空發(fā)動機(jī)試驗器中變速箱的振動監(jiān)測與診斷試驗簡圖52,26,48,30，滾動軸承型號為FB8184.軸承參數(shù)如表2所示。

5、 表2 軸承參數(shù) 試驗器的電機(jī)為Z2-82型直流電機(jī)，其功率為40kw，額定電流為208A，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動機(jī)的調(diào)速采用SCR-D可調(diào)系統(tǒng)。 由于試驗時間很長、被實(shí)驗轉(zhuǎn)速高，在試驗前對變速箱進(jìn)行了拆裝檢查，變速箱各個部件無故障、狀態(tài)良好。圖4是在試驗剛剛開始不久、變速箱無故障時在變速箱輸出軸II中靠近增速器端的軸承座上測得的振動信號及其頻譜。測試時，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速為600r/min，可以算出變速箱輸出軸軸II 的轉(zhuǎn)速為1200r/min。在圖4的頻譜中，可以看見變速箱的幾個共振峰，以及520hz的齒輪嚙合頻率。圖5是在試驗進(jìn)行201小時時，在變速箱輸出軸軸II 中靠近增速器端

6、的滾動軸承座上測得的振動信號及其頻譜。在測試時，變速箱輸出軸II 的轉(zhuǎn)速亦為1200r/min。 圖4變速箱無故障時的振動信號及其頻譜圖5中的頻譜明顯比圖4中的頻譜的幅值大，變速箱的幾個共振峰以及520hz齒輪嚙合頻率的幅值都增大了。但從圖5 中的頻譜不能發(fā)現(xiàn)齒輪箱軸承故障的信息。圖5 試驗進(jìn)行201小時后變速箱的振動信號及其幅值值得說明的是，圖4與圖5 中的振動信號，是同一測試系統(tǒng)用同一傳感器在同一測量位置和同一轉(zhuǎn)速下測量得到的，這對下面進(jìn)行的自適應(yīng)除燥將會更有利。圖6是對試驗剛剛開始不久、變速箱無故障時的振動信號直接進(jìn)行共振解調(diào)分析的結(jié)果。從圖6（e）的包絡(luò)頻譜中，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的滾動軸承故

7、障特征曲線。圖7是對圖5中的振動信號直接進(jìn)行共振解調(diào)分析以診斷變速箱輸出軸II 中靠近增速端滾動軸承故障的分析結(jié)果。根據(jù)圖7（b）的振動頻譜，確定的帶通濾波器的中頻率為12200hz。圖7（c）為帶通濾波后的信號，圖7（d）為包絡(luò)信號。在圖7（e） 圖6 對變速箱無故障時的振動信號直接進(jìn)行共振解調(diào)分析的結(jié)果 圖7 對圖5的振動信號直接進(jìn)行共振解調(diào)分析的結(jié)果的包絡(luò)頻譜中，可以發(fā)現(xiàn)約等于86.47hz的軸承滾動體故障頻率（根據(jù)表2的軸承參數(shù)、軸承轉(zhuǎn)速和參考文獻(xiàn)的計算公式，可以計算軸承元件故障特征頻率）譜線，但不明顯且存在嚴(yán)重的邊頻調(diào)制，調(diào)制頻率為輸出軸軸II 的轉(zhuǎn)頻（=20hz）；輸出軸軸II 的

8、轉(zhuǎn)頻譜線十分突出。從圖7（e）的包絡(luò)頻率看出，離散的軸頻調(diào)制諧波譜線，掩蓋了軸承故障特征譜線，對故障診斷有不良影響。圖8是對圖5中的振動信號先進(jìn)行自適應(yīng)除燥后再進(jìn)行共振解調(diào)分析的結(jié)果。圖8（a）是圖5中的振動信號經(jīng)過自適應(yīng)除燥后的振動信號。自適應(yīng)除燥時，圖5（a）中的振動信號為ANC的主輸入，圖4（a）中的振動信號為參考輸入。圖8（b）是除燥后振動信號的頻譜。從圖8（b）可以看出齒輪的嚙合頻率譜線以不存在。圖8（c）為帶頻濾波后的信號，仍然取帶通濾波器的中心頻率為1200hz。圖8（d）、圖8（e）為包絡(luò)信號及其頻率。在圖6（e）的包絡(luò)頻譜中，約等于86.47hz的滾動體故障頻率及其二、三、四

9、階諧波頻率的譜峰非常明顯。圖8 對圖5的振動信號先進(jìn)行自適應(yīng)除燥在進(jìn)行共振解調(diào)分析的結(jié)果比較圖7和圖8的分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本例中的提出的軸承故障診斷方法提高了齒輪箱中滾動軸承振動信號的信燥比，可以成功地對齒輪箱中滾動軸承進(jìn)行故障診斷。（2） 結(jié)論和討論提出了一種基于自適應(yīng)除燥技術(shù)和共振解調(diào)技術(shù)的齒輪箱滾動軸承的故障診斷方法。該方法對傳統(tǒng)的自適應(yīng)除燥技術(shù)的使用方式進(jìn)行了革新，只用一個傳感器信號拾取信號，即先用傳感器拾取軸承無故障時的正常振動信號，然后用同一傳感器和測量系統(tǒng)、在同一位置上拾取軸承在狀態(tài)監(jiān)測過程中的工作振動信號，最后把兩次拾取的信號分別作為自適應(yīng)除燥系統(tǒng)的參考輸入和主輸入進(jìn)行除燥處理和共

10、振解調(diào)技術(shù)相組合的軸承故障診斷方法，可以大幅度地剔除齒輪箱振動信號中掩蓋滾動軸承故障信息的齒輪嚙合振動等背景噪聲，有效地診斷齒輪箱中滾動軸承的故障。當(dāng)齒輪箱中嚙合齒輪發(fā)生故障時，應(yīng)用本例所提出的診斷方法，同樣可以有效地除燥和診斷。另外，由于轉(zhuǎn)速測量不準(zhǔn)確、軸承可能存在打滑等原因，使得理論計算獲得的軸承故障特征頻率與實(shí)際包絡(luò)頻譜中的故障特征頻率之間存在差異，有時第一階基頻的誤差達(dá)到了5%-10%，因此，從包絡(luò)頻率中識別滾動軸承故障包絡(luò)頻譜特有的“沒故障就沒有譜線”、“有故障則出現(xiàn)多階諧波譜線”等規(guī)律進(jìn)行判別。例4 鄒縣發(fā)電廠1號爐丙排粉機(jī)滾動軸承故障實(shí)例（1） 早期故障的發(fā)現(xiàn)和分析 2002年1

11、月，鄒縣發(fā)電廠1號爐丙粉機(jī)是單級離心式風(fēng)機(jī)，型號M5-36-11MO210/2D，流量136850m3/h,全壓13043pa，轉(zhuǎn)速1485rpm，介質(zhì)為濃度小于10%的煤粉氣流，介質(zhì)溫度70100 C。配用一高壓交流電動機(jī)，功率850kw。風(fēng)機(jī)為懸臂轉(zhuǎn)子，同側(cè)雙支撐結(jié)構(gòu)，兩組支撐軸承布置在同一軸承箱內(nèi)，46號機(jī)械油潤滑，軸承箱內(nèi)通有工業(yè)水對軸承進(jìn)行冷卻。風(fēng)機(jī)側(cè)為兩個并列放置的單向短圓柱滾子軸承，型號為日本NSKNU334軸承。風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)見【圖9】。 圖9 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1號爐大修前，診斷中心定期對設(shè)備進(jìn)行檢測，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1號爐丙粉機(jī)葉輪側(cè)軸承存在隱患。通過1 號爐丙粉機(jī)葉輪

12、側(cè)軸承水平方向振動頻譜圖，分析各振動尖峰值，發(fā)現(xiàn)該處軸承處外圈故障頻率（BPFO）及其倍頻出現(xiàn)，說明軸承圈故障現(xiàn)象。同時，倍頻兩側(cè)均分布在有1倍轉(zhuǎn)速頻率的邊帶，說明軸承外圈出現(xiàn)了故障度【圖10】為1號爐丙粉機(jī)葉輪側(cè)軸承水平方向振動頻譜圖。 圖10 1號爐丙粉機(jī)葉輪側(cè)軸承水平方向振動頻譜圖該部位軸承為日本NSK軸承，型號N u334.對照軸承手冊可知，相當(dāng)于SKFNu334型號軸承，利用RBMware軟件的軸承故障頻率計算功能，可計算出該軸承各故障頻率，如【表3】。 表3 軸承各故障頻率從【表3】可知，額定轉(zhuǎn)速時軸承外圈1倍頻故障頻率為154.10hz。對照頻譜圖中各振動幅值，可以看出頻譜圖出現(xiàn)

13、的軸承外圈故障頻率，軸承外圈故障頻率見【表4】。表4 軸承外圈頻率 利用RBM軟件中的PeakVue技術(shù)，對該軸承水平方向振動情況進(jìn)行測量，頻譜圖見【圖11】。 圖11 水平振動方向頻譜圖（2） 結(jié)論從頻譜圖上可以看出。1kz頻率采集范圍內(nèi)，能夠出現(xiàn)16 倍軸承外圈故障全部出現(xiàn)。這從另一方面證實(shí)，該軸承沖擊能量出現(xiàn)較大，軸承外圈故障嚴(yán)重。（3） 分析結(jié)論的正確性2002年9月，1號機(jī)組大修，利用設(shè)備解體的機(jī)會來證實(shí)分析的正確性，2002年9月23日1號爐丙粉機(jī)大修，丙排粉機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)端內(nèi)側(cè)軸承外圈出現(xiàn)一徑圖12 軸承外圈裂紋向貫穿性裂紋，見【圖12】。該缺陷的發(fā)現(xiàn)，有力地證實(shí)了診斷中心利用

14、先進(jìn)診斷儀器對該缺陷的早期診斷。 2002年8月份，發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障信息時，與負(fù)責(zé)該設(shè)備的狀態(tài)診斷人員聯(lián)系，用Vm-63手持式測量儀測量的該處振動值為17微米，用手持式紅外測溫儀測得的該處溫度值為32C，且聲音正常。按照該廠的狀態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，該軸承的運(yùn)行狀態(tài)是合格的?？紤]到該故障外部特征表現(xiàn)不顯著，故障還未進(jìn)入嚴(yán)重發(fā)展階段，又因為9月份1號機(jī)組將進(jìn)行大修，所以診斷中心監(jiān)測報告只是建議重點(diǎn)監(jiān)測、觀察運(yùn)行，在大修中更換軸承。此次設(shè)備大修解體發(fā)現(xiàn)了缺陷的存在，說明了一個重要問題：具有高級診斷技術(shù)合成的CIS2120機(jī)械分析儀能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的早期故障，而常規(guī)手段卻難以做到。例5 某廠一次風(fēng)機(jī)滾動軸承故

15、障案例（1）故障的發(fā)現(xiàn)及分析某廠一臺一次風(fēng)機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為四級異步電機(jī)，軸承為滾動軸承FAG22226EAS采用加速度傳感器分別測量電機(jī)和風(fēng)機(jī)兩個軸承的軸承座外殼水平（H）、垂直（V）和軸向（A）方向的振動量，共12個測點(diǎn)。測點(diǎn)位置如【圖13】所示。 圖13 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及測點(diǎn)位置自2008年1月9日起，時域波形中發(fā)現(xiàn)明顯的沖擊信號，沖擊水平（峰峰值）達(dá)到3g左右，而頻譜圖中也開始出現(xiàn)10.41倍頻及其諧波，同時周圍還有1倍頻邊帶，符合滾動軸承內(nèi)圈故障，查找軸承型號并計算故障頻率，發(fā)現(xiàn)該諧波與內(nèi)圈頻率基本一致（下圖【 圖14】中的D 即故障頻率成分），確定為軸承故障。開始對其密切關(guān)注。2008年7月14日，對其采集振動數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)時域波形上的峰峰值已達(dá)到6g以上，而頻譜圖中也反應(yīng)10.41倍頻及其諧波，1倍頻邊帶成分更明顯，表明此時內(nèi)圈故障已經(jīng)發(fā)展到比較嚴(yán)重的程度。（此時振動總量并未上升，一直維持在警告線以下，只有1,399mm/s） 圖14 1月軸承振動時域波形圖15 7月軸承振動時域波 從上時域波形圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子沒旋轉(zhuǎn)一周，基本上會呈現(xiàn)一組類似的波形，而在每個周期內(nèi)，則會有多組高頻沖擊信號，且幅值會有較大變化。這是由于滾動體隨著內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)時進(jìn)出負(fù)載區(qū)所形成的振幅調(diào)制的現(xiàn)象。經(jīng)過自相關(guān)處理后，我們甚至可以清晰的看出兩個較高脈沖之間的相等