軸承故障診斷

1、軸承的故障診斷 緒言 軸承的故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)是機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的重要內(nèi)容。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障中軸承的損壞故障約占30%。 軸承的運(yùn)行質(zhì)量除軸承元件本身的加工質(zhì)量外，軸承的安裝及裝配質(zhì)量影響很大。滾動(dòng)軸承的失效形式 疲勞點(diǎn)蝕 : 因受滾動(dòng)壓應(yīng)力 磨損: 因受壓力又有與內(nèi)外座圈的相對(duì)滑動(dòng) 腐蝕: 潤(rùn)滑油中的水分幾其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生銹蝕 裂紋: 由于磨削或淬火時(shí)作用而產(chǎn)生 磨粒磨損: 由于磨屑作用而磨損滾動(dòng)軸承的振動(dòng)一 、隨機(jī)振動(dòng) 由于滾動(dòng)元件的不圓度及表面的粗糙度引起； 又由于軸承工作，使不圓度及 表面粗糙度增大。 二 滾動(dòng)軸承各元件的諧振 受機(jī)器的各種振動(dòng)的激勵(lì)而引起1. 鋼球的諧振頻率FBR

2、 fbr=0.848/2r*(E/2)1/2 E彈性模量 N/m2 P滾動(dòng)元件材料密度 kg/m3 R滾動(dòng)元件半徑 m 2. 軸承座圈諧振頻率FRRFrr=K* (K2 1)*a-2 ( EIM) -2 a回轉(zhuǎn)軸線到中性軸半徑 m K共振階數(shù) I座圈繞中性軸的慣性矩 m4 M座圈的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 kg/m三 滾動(dòng)體具有缺陷后的振動(dòng)1. 內(nèi)圈有剝落fi=fo/2(1+dcos/D) Z 2. 外圈有剝落 fo= fo/2(1+dcos/D) Z3. 滾動(dòng)體剝落 fb= Dfo/d1-(d/D)cos 4. 保持架有故障 fc=fo/2(1- dcos)m Fo軸承轉(zhuǎn)頻率 Z滾珠個(gè)數(shù) d滾珠直徑（

3、參閱左圖） D軸承滾道節(jié)徑 接觸角 m斷裂數(shù) *注：不論元件上剝落坑有多少，頻率不變。四. 裂紋的擴(kuò)展 裂紋的產(chǎn)生及在受載工作中繼續(xù)擴(kuò)展，不但會(huì)引起振動(dòng)，而且能量不會(huì)以聲發(fā)射形式釋放出來(lái)。五 軸承各種振動(dòng)在頻譜中的位置 各種故障頻率范圍 共振頻率范圍 聲發(fā)射范圍 軸承監(jiān)測(cè)與故障診斷方法 1. 振動(dòng)測(cè)試 2. 噪聲測(cè)試 3. 溫度測(cè)定 4. 油液分析（磨屑分析） 5. 軸承間隙測(cè)定 6. 油膜電阻測(cè)定振動(dòng)（噪聲）頻譜分析法經(jīng)時(shí)域多段平均處理后 50HZ軸頻 36.1HZ保持架通過(guò)頻率 200.91HZ外圈通過(guò)頻率 380HZ滾動(dòng)體通過(guò)頻率倒頻譜分析法正常滾動(dòng)軸承的倒頻譜分析圖有故障滾動(dòng)軸承頻譜圖

4、有故障滾動(dòng)軸承的倒頻譜分析圖特征值 q19.470MS（105.60HZ）滾珠故障頻率 q237.90MS（26.39HZ）內(nèi)圈故障頻率三、SPM（SHOCK PULSE METHOD）和IFD（INCIPIENT FAILURE DETECTION）法 原理：對(duì)故障所引起的低頻（通常是數(shù)KHZ以內(nèi)）的沖擊脈沖激起了高頻（數(shù)十倍于沖擊頻率）共振波形進(jìn)行包絡(luò)、檢波、低通濾波（即解調(diào)）獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)于低頻沖擊的而又放大并展寬的共振解調(diào)波形。共振解調(diào)波的優(yōu)點(diǎn)： 1）剔除了低頻振動(dòng)干擾 2）含有未知的故障信息（即S/N） 對(duì)于共振解調(diào)波后續(xù)處理方法不同，可分為SPM及IFD法2. SPM法 它是應(yīng)用共振

5、解調(diào)波的幅值來(lái)進(jìn)行診斷。共振解調(diào)波通過(guò)峰值檢波、平均、保持、測(cè)得沖擊量值SV。 再用一經(jīng)驗(yàn)公式獲得均一化沖擊量值DBN=20log2000SVnD.6 0dB 正常狀態(tài) 顯示在綠框 20 dB 不好狀態(tài) 顯示在黃框 35dB 壞的狀態(tài) 顯示在紅框3. IFD法 該法既應(yīng)用共振解調(diào)波的幅值又利用它的頻率信息，即對(duì)共振解調(diào)波進(jìn)行FFT后做頻譜分析，尋找上節(jié)中提到的軸承各元件故障對(duì)應(yīng)的頻率。四、振動(dòng)的簡(jiǎn)易診斷法 可用簡(jiǎn)易的測(cè)振儀來(lái)獲得軸承工況的信息。 可用多種參數(shù)，如波峰因素、峭度、歪度等。 五、接觸電阻法 實(shí)例1） 某變速箱輸出軸后軸承（型號(hào)50309）滾動(dòng)體外圈上有點(diǎn)蝕 測(cè)試時(shí)頻域信號(hào) 實(shí)例：

6、1、某變速箱輸出軸后軸承（型號(hào)為50309）滾動(dòng)體外圈有點(diǎn)蝕， 測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)： 時(shí)域信號(hào)出現(xiàn)調(diào)制峰群 輸入軸轉(zhuǎn)速為1484rpm時(shí)： 2258.3Hz為外圈共振頻率 調(diào)制頻率： 34.47Hz外圈故障 23.06Hz滾珠故障2 同一減速機(jī)另一次測(cè)振時(shí)結(jié)果中間軸軸承（型號(hào)50308） 1）、2258.3Hz為外圈共振頻率 2）、34.32Hz為外圈故障通過(guò)頻率 3）、53.1Hz為內(nèi)圈故障通過(guò)頻率滑動(dòng)軸承故障及其診斷一.滑動(dòng)軸承的故障 1. 潤(rùn)滑不良 2. 間隙不當(dāng)（間隙過(guò)大，間隙過(guò)?。?3. 軸瓦碰摩二.潤(rùn)滑不良引起的振動(dòng) 1. 半速渦動(dòng) j=/ 2 軸角頻率 j軸徑中心O 繞軸承中心旋轉(zhuǎn)角頻率

7、，方向同。一般j / 2 2. 油膜振蕩 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速兩倍時(shí)，而j= /2= r，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生激 烈振動(dòng)，振幅突然升高。 r 諧振角頻率 3.油液不結(jié)會(huì)引起運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn) 指軸與軸瓦間不能形成穩(wěn)定油膜來(lái)支撐轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。三. 滑動(dòng)軸承軸瓦間隙不當(dāng)引起的振動(dòng)。 1. 間隙過(guò)小不能形成穩(wěn)定的油膜層，有小的高頻的振動(dòng)，間有低頻振動(dòng)。 * 可以通過(guò)瓦溫與回油溫度即可判別。 2. 間隙過(guò)大主振頻率為軸頻Fo（與不平衡及平行不對(duì)中故障類似）徑向振動(dòng)大。 3. * 不同處：A）單一方向定向振動(dòng)（松動(dòng)是上下的） B）振動(dòng)隨負(fù)荷增大而增大 C）降低油溫回有好轉(zhuǎn) D）頻譜圖上會(huì)出現(xiàn)高信頻率成分四. 滑動(dòng)軸承軸

8、瓦碰摩引起振動(dòng) 1. 產(chǎn)生高頻和分頻成分，但不是線性，幅值不穩(wěn)定 2. 與純間隙不當(dāng)?shù)恼駝?dòng)，頻譜更豐富（包括高、低頻） 3. 碰摩愈重，1/2分頻越突出五. 實(shí)例 1. 空壓機(jī) 額定轉(zhuǎn)速7560r/min，額定功率4170kW，五塊可傾徑向軸承。 問(wèn)題：從7000r/min提升7050r/min，壓縮機(jī)兩端產(chǎn)生振動(dòng)，主頻在1/3Fo，即使再降低轉(zhuǎn)速每明顯好轉(zhuǎn)?？諌簷C(jī)結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)布置 處理：把油溫降低50C 反應(yīng)：振動(dòng)值下降從160m降至150m，主頻轉(zhuǎn)為Fo 判定：由于油膜不潔而不穩(wěn)定，引起軸瓦和軸徑干摩擦，潤(rùn)滑不良 維修：把油過(guò)濾除去油中雜質(zhì)及水分 效果：一切正常2. 空壓機(jī) 額定功率2500

9、kW，額定轉(zhuǎn)速8290r/min，五塊可傾徑向軸承 圖：振動(dòng)故障頻譜圖 問(wèn)題：開車后發(fā)生間隔2小時(shí)的間歇振動(dòng)，且振動(dòng)循環(huán)周期越來(lái)越短，603ch達(dá)滿量程，主導(dǎo)頻率為軸頻F0，體現(xiàn)定向振動(dòng)最后只得降負(fù)荷降轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 判定：軸瓦間隙不當(dāng)（過(guò)大）3. 富氧壓縮機(jī) 額定轉(zhuǎn)速12552r/min 問(wèn)題：汽輪機(jī)靠聯(lián)軸節(jié)端9號(hào)瓦振動(dòng)偏高空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖機(jī)組故障頻譜圖（9瓦垂直） 分析及處理：在譜圖上除F0處有來(lái)窗的2.3高倍頻成分隨負(fù)荷增大，振動(dòng)值明顯增大 判定：軸瓦間隙過(guò)大 解體觀察：9號(hào)軸瓦軸承座下面固定螺栓松脫，造成軸瓦松動(dòng)，使間隙偏大4. 循環(huán)機(jī)壓縮機(jī) 額定功率1860KW，額定轉(zhuǎn)速72094R/

10、MIN，五塊可傾瓦徑向軸承循環(huán)氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖振動(dòng)故障頻譜圖問(wèn)題： 壓縮機(jī)曾進(jìn)水并造成機(jī)組功率突然提高，排水后重新開車，振動(dòng)惡化。 在800ch，振值由4m增到10m 在801ch，振值達(dá)滿量程 但機(jī)組軸瓦溫度及潤(rùn)滑油溫度沒(méi)變化測(cè)定： 二頻F0振值明顯增大，在1/2 F0 處出現(xiàn)低值寬帶，但振值不穩(wěn)定，機(jī)組負(fù)荷由80%提高到85%時(shí)，全頻道振值增大，在1/2處振幅增大更明顯。判定： 由于進(jìn)水后，機(jī)組功率增大，造成轉(zhuǎn)子與末端軸瓦摩碰，使支撐油膜破壞引起激烈振動(dòng)，隨負(fù)荷增加情況惡化。 開機(jī)檢查：五塊瓦均有不同程度研磨六.實(shí)驗(yàn)分析 用短時(shí)付氏變換S(t.f）=-+x(t)h(t-)e2jfd分析實(shí)驗(yàn)

11、結(jié)果： 1. 非接觸摩擦（有潤(rùn)滑油）：大多分布在3KHz以下非接觸摩擦階段的振動(dòng)信號(hào)非接觸摩擦階段的短時(shí)付立葉變換譜陣 2. 輕度摩擦 （停油，留有一定油量，軸承間油膜時(shí)有破裂，軸與軸承短暫接觸）無(wú)論頻率還是幅值波動(dòng)較大，主頻大致在6KHZ到10KHZ輕度摩擦階段的振動(dòng)信號(hào)輕度摩擦階段的短時(shí)付立葉變換譜陣3. 嚴(yán)重摩擦 （油膜完全破裂，軸與軸承持續(xù)接觸） 由于軸與軸承連續(xù)接觸，接觸面較大，摩擦力的沖擊則較小且穩(wěn)定，所以振值反而比輕度摩擦微笑且平穩(wěn)，其主頻大致在6KHZ左右。嚴(yán)重摩擦階段的振動(dòng)信號(hào)嚴(yán)重摩擦階段的短時(shí)付立葉變換譜陣 七. 小經(jīng)驗(yàn)介紹： 1. 某廠在長(zhǎng)年監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上得出了一條非常有效而

12、實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)：在軸承座的鉛垂方向和水平方向同時(shí)監(jiān)測(cè)其振動(dòng)值時(shí)，由于軸承座的水平方向剛性小，因此一般來(lái)講水平方向振動(dòng)值大于鉛垂方向。 一旦鉛垂方向的振值水平方向的振值時(shí)，則軸瓦振裂。 由于軸瓦振裂，間隙增大，剛性減小會(huì)出現(xiàn)各種振動(dòng)頻率成分，并使整個(gè)振動(dòng)振幅增大。2. 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的診斷 設(shè)備開動(dòng)，各部軸承都在飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，必然產(chǎn)生各種聲響。這些聲響中，有的屬于正常的聲響，有的則屬于異常聲響。異常的聲響表現(xiàn)為滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的故障先兆或是故障正在形成，或已經(jīng)發(fā)生。因此，我們就要通過(guò)各種聲響，采取不同的辦法加以排除，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。 滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，其正常的工作狀態(tài)是：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快、無(wú)

13、停滯現(xiàn)象，發(fā)出的聲音和諧，而無(wú)任何雜音。如為“嘩嘩”聲音，均勻連續(xù)而無(wú)間斷，則為正常的聲響，亦說(shuō)明潤(rùn)滑良好。若有下列聲響者，就是潤(rùn)滑不良的聲音或其他故障聲響：如“咝咝”的聲音：是軸承內(nèi)加脂量不夠，缺少油脂所致，正確的是油的粘度應(yīng)高些，填充空隙在1/21/3之間，潤(rùn)滑油面的高度一般不超過(guò)最低的一個(gè)鋼球的中心線。 “咝咝、沙沙”的聲音，是設(shè)備停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或是軸承徑向間隙過(guò)小，形成不了良好的潤(rùn)滑油膜，應(yīng)清洗調(diào)整。 “嘩嘩”的聲音中有周期性的“嗬羅！嗬羅”聲音，則表明內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑點(diǎn)等現(xiàn)象。 “哽哽”聲音，且不連續(xù)，則說(shuō)明滾動(dòng)軸承保持架或內(nèi)外圈有裂紋，經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)沖擊裂紋加深加大，是潤(rùn)滑不良所致。 “嚓嚓！”的聲音，且極規(guī)則，不均勻，則說(shuō)明裝配時(shí)或保養(yǎng)中掉入雜物，即鐵屑、砂?；驖?rùn)滑油不干凈，加油時(shí)帶入的雜質(zhì)。 “沙沙！”的連續(xù)且不規(guī)則的聲音，有可能是內(nèi)圈有軸配合過(guò)松，或外圈與軸承孔配合過(guò)松所致。 “刺耳的嘯叫”聲音，且設(shè)備振動(dòng)也較大，則是潤(rùn)滑不良，干摩擦，或滾動(dòng)件局部接觸過(guò)緊，內(nèi)外滾道偏斜，