淺談判斷滾動軸承故障的技術(shù)和經(jīng)驗

1、淺談判斷滾動軸承故障的技術(shù)和經(jīng)驗摘要：滾動軸承是各種旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機械部件，它們在旋轉(zhuǎn)機械中起著關(guān)鍵的作用，其運行狀態(tài)的正常與否直接影響整機的性能。旋轉(zhuǎn)機械的故障有相當(dāng)大比例與滾動軸承異常運行有關(guān)，所以，有必要掌握多種測量技術(shù)手段識別滾動軸承運行征兆，可靠的判定軸承狀態(tài)。本文提供滾動軸承呈現(xiàn)的故障征兆模式，敘述識別軸承狀態(tài)采用的多種診斷技術(shù)及經(jīng)驗確認(rèn)的做法。所述的識別技術(shù)及做法實用性強，可供學(xué)習(xí)，能對照應(yīng)用。關(guān)鍵詞；滾動軸承；故障特征；識別技術(shù)；計算公式；經(jīng)驗判斷；控減誤判1.引言滾動軸承是企業(yè)生產(chǎn)使用機電設(shè)備系統(tǒng)中最基本的元件，其出現(xiàn)故障的概率相對多。一旦滾動軸承出現(xiàn)嚴(yán)重故障

2、在爆發(fā)連鎖反應(yīng)就會造成很大的經(jīng)濟損失，因此必須對其進行有效的監(jiān)測和診斷。對軸承故障的判斷，從表征征兆信號中識別，最原始的方法是將聽音棒（或螺絲刀）接觸軸承座部位，靠聽覺來判斷有無故障。雖然有經(jīng)驗的人能覺察到軸承運動副的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響較大，, b( O% . 0 J% K有了各種單一功能測振儀后，可采集振動位移、速度或加速度值來判斷軸承有無故障，這樣就減少對人為經(jīng)驗的依賴，但仍很難發(fā)現(xiàn)早期故障。因此，需要使用更先進的診斷技術(shù)，至此，我們撰寫對臥式泵機組滾動軸承實施診斷，采用的先進診斷技術(shù)和經(jīng)驗識別確認(rèn)的做法。2. 診斷滾動軸承的兩種識別技術(shù) 滾動軸承的故障是一個從正常到失

3、效逐步演化的多狀態(tài)過程，這些狀態(tài)程度不能直接觀測，但可以通過外部表面的測量得到的信號來視域狀態(tài)的變化。選用什么測量技術(shù)實時理想的診斷？我們認(rèn)為，要選用振動頻譜技術(shù)和沖擊脈沖技術(shù)，并和識別，因為具有這兩種不同技術(shù)的測量儀器提供的信號呈現(xiàn)不同圖譜和數(shù)字特征，判斷依據(jù)多還有互補作用。下面談這兩種技術(shù)及識別。3.振動頻譜圖的知識及模式識別振動頻譜圖也叫頻率圖，是頻率與能量的關(guān)系用頻譜表示概況的圖，是對動態(tài)信號在頻率域內(nèi)呈現(xiàn)出的圖，圖反映部件振動在哪些頻率上，有多大的幅值。頻譜圖以橫軸縱軸的波紋方式，記錄給出各種信號頻率的圖形資料。頻譜圖在機械故障診斷系統(tǒng)中用于回答故障的部位、類型、程度等問題。是分析振

4、動參數(shù)的主要工具。識別滾動軸承故障必須看兩個傳統(tǒng)譜，即時域波形圖譜、頻域幅值圖譜，一般情況下視域這兩張圖譜就能鑒定出軸承故障。3.1視域振動時域譜圖確認(rèn)軸承故障時域波形譜圖信號呈現(xiàn)的是多個簡諧振動(振動的物理量隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動過程)的合成，是測振儀表收集的原始信號，時域波形譜圖呈現(xiàn)豐富的波形頻率信號難分辨識別故障時，可細(xì)化成小波圖，小波圖示出的局部信息清晰，有利在多個振動合成的時域圖中辨識信號。識別滾動軸承的故障需要掌握軸承故障在圖中的特征，下面，示出滾動軸承故障在圖中呈現(xiàn)的主要模式。 圖一 深溝球軸承照片 在時域圖中呈現(xiàn)的信息 圖二 軸承運動副有剝落坑點蝕 輕度損壞的圖樣 較

5、嚴(yán)重?fù)p壞的圖樣圖三 軸承內(nèi)圈故障 圖四 軸承外圈故障圖五 軸承滾動體損傷圖六 軸承有摩擦故障3.2視域幅值譜頻域圖確認(rèn)軸承故障 對于復(fù)雜周期信號和非周期信號，單單從時域波形直觀的視域，往往很難看出設(shè)備狀態(tài)，需要再視域幅值譜頻域圖。幅值譜頻域圖是時域波形經(jīng)過傅里葉變換轉(zhuǎn)換成的圖，反映振動信號中各個簡諧分量的幅值與其頻率的關(guān)系，由于它提示了信號在不同頻率上的幅值特性，這就可以用頻率的觀點去分析信號的變化特征。在幅值譜頻域圖中常呈現(xiàn)較多的尖峰，可直接視域尖峰對應(yīng)的頻率確認(rèn)是否存在軸承元件故障。如果識別此圖譜信號還不能確認(rèn)出滾動軸承的故障，再視域功率譜、倒頻譜等。 雖然每個軸承的特征頻率是個固定值，但

6、是軸承的故障特征頻率與轉(zhuǎn)速和尺寸大小有關(guān)系，所以，每一種規(guī)格的軸承故障特征頻率是不同的，需要計算出數(shù)值再對照圖譜頻率識別。下面，示出計算滾動軸承元件故障的特征頻率。 依據(jù)經(jīng)驗公式計算值確認(rèn)軸承故障元件 外環(huán)故障頻率：BPFOr0.4Nn 滾動軸承故障頻率計算-經(jīng)驗公式內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIr0.6Nn 保持架故障頻率：FTFr0.4N以上符號： n=滾動體數(shù)目；N=軸的轉(zhuǎn)速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化； 3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).依據(jù)估算公式計算值確認(rèn)軸承故障元件外環(huán)故障頻率：BPFOeN(0.5n-1.2) 滾動軸承故障頻率計算估算公式 內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIeN(

7、0.5n+1.2) 滾動體故障頻率：BSFeN(0.2n-1.2/n) 保持架故障頻率：FTFeN(0.5-1.2/n) 以上符號：n=滾動體數(shù)目； N=軸的轉(zhuǎn)速。 注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).以上兩種方式計算出的數(shù)值應(yīng)靠近各個軸承元件的故障頻率區(qū)，偏差值應(yīng)在個位數(shù)。滾動軸承故障頻率計算還有精確的計算公式，我們認(rèn)為采用精確的計算公式計算出的頻率數(shù)值，有時也不一定與頻譜圖呈現(xiàn)的軸承故障頻率值相同，這是因為滾動軸承外形尺寸可能存在變形或游隙大，還有，設(shè)備在變頻運行，頻率不穩(wěn)定數(shù)值隨之變化，呈現(xiàn)出的瞬間信號可能是一個不同步的動態(tài)值。再談另一種識別軸

8、承的技術(shù)。 4.$ s6 f; F# Q+ w. ' R4 |; k應(yīng)用沖擊脈沖技術(shù)識別滾動軸承故障9 C1 l7 s9 R2 X1 Z! ; p9 i   什么是沖擊脈沖：兩個物體相互碰撞會產(chǎn)生一定能量的震動，這種震動不是呈連續(xù)狀態(tài)，而是以壓力波的形式傳遞并呈9 z, j9 ,   D  t9 D脈沖狀態(tài)，這種由于接觸面上的物( x- |2 E9 _* H* g8 3 A( ' ; S體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的震動為沖擊脈沖。沖擊脈沖法是一種用于提取滾動軸承在運轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的沖擊能量的方法。當(dāng)滾動軸承受到損傷后，如疲勞剝落、裂

9、紋、磨損及表面劃傷和混入雜物，在運轉(zhuǎn)過程中就會產(chǎn)生衰減性的沖擊振動。這種振動中沖擊的強弱反映了滾動軸承在一定轉(zhuǎn)速下的故障大小程度。沖擊脈沖法就是基于這個基本原理，提取沖擊能量。視域測量儀表的脈沖值(dB)可以確定滾動軸承的好壞狀況?？磮D七： 圖七 示沖擊脈沖技術(shù)提供的數(shù)值及顏色確認(rèn)軸承狀態(tài)滾動軸承工作狀態(tài)分類看圖八：圖八 示、對照兩個沖擊脈沖值區(qū)分軸承運行不同的階段程度5.是與振動參數(shù)快速判斷軸承故障在診斷中，只判斷滾動軸承好壞，大概能用多長時間，視域振動參數(shù)確認(rèn)故障是常用的做法。我們經(jīng)驗確認(rèn)，當(dāng)泵機組運行在15003000r/min，加速度值達到30mm/s2 ，沖擊脈沖值達到30dBc，呈

10、現(xiàn)這些數(shù)值還聽到軸承運行輕度的異聲，必是軸承故障；還可視域圖譜的有量剛值和無量鋼值確認(rèn)。視域加速度圖譜的有量綱值確認(rèn)軸承故障，如峰值與有效值比值超出5倍后，說明軸承有故障，這兩個數(shù)值越高劣化越嚴(yán)重；視域加速度譜無量綱值判斷，裕度指標(biāo)數(shù)字高于5，常是軸承磨損間隙已大，或泵與電機之間的聯(lián)軸器間隙過大；新軸承運行峭度指標(biāo)在3左右，當(dāng)軸承出現(xiàn)早期的故障時峭度指標(biāo)上升，但軸承故障上升至較嚴(yán)重時可能會下降，隨之故障的上升、峭度指標(biāo)可能再上升；儀表采集直接的振動加速度信號，儀表顯示出加速度高、低值周期性的波動，但電流波動不明顯，是軸承保持架松框；在幅值頻域圖譜中，呈現(xiàn)兩倍頻以上邊頻帶常是軸承有點蝕故障（無齒輪）。6.連續(xù)監(jiān)測偶發(fā)的征兆，捕捉局點有傷殘的軸承元件測量儀表呈現(xiàn)的信號都是瞬間值，瞬間值只說明瞬間狀態(tài)，如果此值呈現(xiàn)的是良好值，不能說明軸承元件無局點傷殘，怎樣捕捉到有局點傷殘的軸承元件，連續(xù)多次測量。當(dāng)聽到