滾動(dòng)軸承故障及其診斷方法課件

1、滾動(dòng)軸承故障診斷概述旋轉(zhuǎn)機(jī)械是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作的重點(diǎn)，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有相當(dāng)大比例與滾動(dòng)軸承有關(guān)。滾動(dòng)軸承是機(jī)器的易損件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障約有30是因滾動(dòng)軸承引起的軸承 結(jié)構(gòu)：由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體和保持架組成滾動(dòng)體類型有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子和球面滾子等安裝軸承損壞 內(nèi)環(huán)缺陷1 滾動(dòng)軸承異常的基本形式滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能會(huì)由于各種原因引起損壞，如裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過(guò)載等都可能會(huì)導(dǎo)致軸承過(guò)早損壞。即使在安裝、潤(rùn)滑和使用維護(hù)都正常的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作。滾動(dòng)軸承的主要故障形式與原因如下： 這是

2、滾動(dòng)軸承常見的一種異常形式。在滾動(dòng)軸承中，滾道和滾動(dòng)體表面既承受載荷，又相對(duì)滾動(dòng)。由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面使表層發(fā)生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種疲勞剝落現(xiàn)象造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊載荷，使得振動(dòng)和噪聲加劇。1滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (1).疲勞剝落輕微剝落嚴(yán)重 是滾動(dòng)軸承另一種常見的異常形式。軸承滾道、滾動(dòng)體、保持架、座孔或安裝軸承的軸頸，由于機(jī)械原因及雜質(zhì)異物的侵入引起表面磨損。磨粒的存在是軸承磨損的基本原因，潤(rùn)滑不良會(huì)使磨損加劇。磨損導(dǎo)致軸承游隙增大，表面粗糙，增大振動(dòng)和噪聲。1滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (2).磨損 軸承因受到過(guò)大的沖擊載荷、靜載荷

3、、落入硬質(zhì)異物等在滾道表面上形成凹痕或劃痕。而一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)進(jìn)一步引起附近表面的剝落。這樣，載荷的累積作用或短時(shí)超載就有可能引起軸承塑性變形。1滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (3).塑性變形 潤(rùn)滑油、水或空氣水分引起表面銹蝕（化學(xué)腐蝕）軸承內(nèi)部有較大的電流通過(guò)造成的電腐蝕以及軸承套圈在座孔中或軸頸上微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的微振腐蝕(是微動(dòng)磨損與腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果)1滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (4).腐蝕 過(guò)高的載荷會(huì)可能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和裝配不當(dāng)都會(huì)引起殘余應(yīng)力，工作時(shí)熱應(yīng)力過(guò)大也會(huì)引起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當(dāng)，也可能造成軸承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊。 1

4、滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (5).斷裂 所謂膠合是指一個(gè)零部件表面上的金屬粘附到另一個(gè)零件部件表面上的現(xiàn)象。在潤(rùn)滑不良、高速重載情況下工作時(shí)，由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面燒傷及膠合。1 滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (6).膠合 由于裝配或使用不當(dāng)可能會(huì)引起保持架發(fā)生變形，增加它與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死不能滾動(dòng)，也有可能造成保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。這一損傷會(huì)進(jìn)一步使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致軸承損壞。 1 滾動(dòng)軸承異常的基本形式 (7).保持架損壞2 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)類型及其故障特征在工作過(guò)程中，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)通常分為兩類：與軸承的彈性有關(guān)的振動(dòng)，其二

5、為與軸承滾動(dòng)表面的狀況（波紋、傷痕等）有關(guān)的振動(dòng)前者與異常狀態(tài)無(wú)關(guān)，后者反映了軸承的損傷情況。滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體在內(nèi)、外圈之間滾動(dòng)。如果滾動(dòng)表面損傷，滾動(dòng)體在損傷表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生一種交變的激振力。 由于滾動(dòng)表面的損傷形狀是不規(guī)則的，所以激振力產(chǎn)生的振動(dòng)，將是由多種頻率成分組成的隨機(jī)振動(dòng)。2 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)類型及其故障特征從軸承滾動(dòng)表面狀況產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理可以看出，軸承滾動(dòng)表面損傷的形態(tài)和軸的轉(zhuǎn)速，決定了激振力的頻率。軸承和外殼，決定了振動(dòng)系統(tǒng)的傳遞性。振動(dòng)系統(tǒng)的最終振動(dòng)頻率，由上述二者決定。即，軸承異常所引起的振動(dòng)頻率，由軸的旋轉(zhuǎn)速度、損傷部分的形態(tài)與外殼振動(dòng)系統(tǒng)的傳遞特性所決定。通常，

6、軸的轉(zhuǎn)速越高，損傷越嚴(yán)重，其振動(dòng)的頻率就越高；軸承的尺寸越小，其固有振動(dòng)頻率越高。2.1 滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體與內(nèi)環(huán)或外環(huán)之間可能產(chǎn)生沖擊而引起軸承各元件的固有振動(dòng)。 各軸承元件的固有頻率與軸承的外形、材料和質(zhì)量有關(guān)與軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。軸承元件的固有頻率值，受安裝狀態(tài)的影響。一般情況下，滾動(dòng)軸承的固有頻率通?？蛇_(dá)數(shù)千赫到數(shù)十千赫。滾動(dòng)軸承的幾何參數(shù)主要有：軸承節(jié)徑D： 軸承滾動(dòng)體中心所在的圓的直徑滾動(dòng)體直徑d： 滾動(dòng)體的平均直徑內(nèi)圈滾道半徑rl： 內(nèi)圈滾道的平均半徑外圈滾道半徑r2： 外圈滾道的平均半徑接觸角a： 滾動(dòng)體受力方向與內(nèi)外滾道垂直線的夾角 滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z：滾珠或

7、滾珠的數(shù)目2.2 滾動(dòng)軸承的特征頻率 為分析軸承各部運(yùn)動(dòng)參數(shù)，先做如下假設(shè)：(1)滾道與滾動(dòng)體之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；(2)每個(gè)滾道體直徑相同，且均勻分布在內(nèi)外滾道之間 (3)承受徑向、軸向載荷時(shí)各部分無(wú)變形；方法：研究出不承受軸向力時(shí)軸承缺陷特征頻率，進(jìn)而，推導(dǎo)出承受軸向力時(shí)軸承缺陷特征頻率2.2 滾動(dòng)軸承的特征頻率 (1) 外環(huán)固定，內(nèi)環(huán)隨軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于外環(huán)的旋轉(zhuǎn)頻率：由圖(a)可知，內(nèi)環(huán)滾道的切線速度為式中，fr為軸的旋轉(zhuǎn)頻率，d為滾動(dòng)體的直徑，Di為內(nèi)環(huán)滾道的直徑，Dm為軸承滾道節(jié)徑，即內(nèi)外滾道的平均值。因?yàn)闈L動(dòng)體滾而不滑，所以滾動(dòng)體與內(nèi)環(huán)滾道接觸點(diǎn)A的速度為1. 不

8、承受軸向力時(shí)軸承缺陷特征頻率圖(a)圖(b)又因外環(huán)固定，所以滾動(dòng)體與接觸點(diǎn)C的速度為而滾動(dòng)體中心B的速度（即保持架的速度）為單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于外環(huán)的旋轉(zhuǎn)頻率為lm為滾道節(jié)圓周長(zhǎng)(2) 內(nèi)環(huán)固定，外環(huán)隨軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于內(nèi)環(huán)的旋轉(zhuǎn)頻率：若外環(huán)的的旋轉(zhuǎn)頻率仍為fr ，則保持架相對(duì)內(nèi)環(huán)的切向速度從圖(b)可知為單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于內(nèi)環(huán)的旋轉(zhuǎn)頻率為圖(a)圖(b)滾動(dòng)軸承的特征頻率(3) 軸承內(nèi)外環(huán)有缺陷時(shí)的特征頻率：如果內(nèi)環(huán)滾道上有缺陷時(shí)，則Z個(gè)滾動(dòng)體滾過(guò)該缺陷時(shí)的頻率為如果外環(huán)滾道上有缺陷時(shí)，則Z個(gè)滾動(dòng)體滾過(guò)該缺陷時(shí)的頻率為(4) 單個(gè)滾動(dòng)體有缺陷時(shí)的特征

9、頻率：如果單個(gè)有缺陷的滾動(dòng)體每自傳一周只沖擊外環(huán)滾道（或外環(huán)）一次，則其相對(duì)于外環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為滾動(dòng)軸承的特征頻率(5) 保持架與內(nèi)外環(huán)發(fā)生碰磨的頻率：保持架碰外環(huán)的頻率（等于單滾動(dòng)體的外環(huán)通過(guò)頻率）保持架碰內(nèi)環(huán)的頻率（等于單滾動(dòng)體的內(nèi)環(huán)通過(guò)頻率）滾動(dòng)軸承的特征頻率2. 承受軸向力時(shí)軸承缺陷特征頻率由于滾動(dòng)體具有相當(dāng)大的間隙，在承受軸向力時(shí)，軸承內(nèi)外環(huán)軸向相互錯(cuò)開，滾珠與滾道的接觸點(diǎn)有移動(dòng)由A、B點(diǎn)移動(dòng)到C、E。此時(shí)，軸承的節(jié)徑不變，但內(nèi)滾道的工作直徑變大，外滾道的工作直徑變小，就是說(shuō)滾珠的工作直徑由d變?yōu)閐cosa。只須將不受軸向力時(shí)軸承缺陷特征頻率計(jì)算公式進(jìn)行替換（軸承特征頻率只與軸承節(jié)徑和

10、滾珠直徑有關(guān)）滾動(dòng)軸承的特征頻率 內(nèi)圈故障的頻率fi為： 滾動(dòng)體故障的頻率fRS為 外圈故障的頻率fo為： 2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征1. 滾動(dòng)軸承的時(shí)域波形特征 正常情況下，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)時(shí)域波形。有兩個(gè)特點(diǎn)：一是無(wú)沖擊，二是變化慢。2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征軸承元件發(fā)生異常時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊脈沖振動(dòng)：沖擊脈沖周期為基階故障特征頻率的倒數(shù)沖擊脈沖寬度在s數(shù)量級(jí)，它將激起系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的高頻響應(yīng)（固有振動(dòng)）響應(yīng)水平取決于系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的固有頻率及阻尼的大小。2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，且為單邊載荷，點(diǎn)蝕部分與滾動(dòng)體發(fā)生沖擊接觸的位置的不同(內(nèi)圈和滾動(dòng)體均滾

11、動(dòng))載荷受力不同，則振幅會(huì)發(fā)生周期性的變化，即發(fā)生振幅調(diào)制。若以軸旋轉(zhuǎn)頻率fr進(jìn)行振幅調(diào)制，這時(shí)的振動(dòng)頻率為nZfifr（n1，2）；若以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率（即保持架旋轉(zhuǎn)頻率）fm進(jìn)行振幅調(diào)制，這時(shí)的振動(dòng)頻率為nZfifm（n1，2，）。 內(nèi)滾道損傷振動(dòng)特征 2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征當(dāng)軸承外滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等，在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。由于點(diǎn)蝕的位置與載荷方向的相對(duì)位置關(guān)系是固定的（外圈固定），所以，這時(shí)不存在振幅調(diào)制的情況，振動(dòng)頻率為nZfo ( n1,2,），振動(dòng)波形如圖所示。外滾道損傷振動(dòng)特征 2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征當(dāng)滾動(dòng)體產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、

12、點(diǎn)蝕等，缺陷部位通過(guò)內(nèi)圈或外圈滾道表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。 在滾動(dòng)軸承無(wú)徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為nZfRS（n1，2,）的沖擊振動(dòng)。 通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，因此，同內(nèi)圈存在點(diǎn)蝕時(shí)的情況一樣，根據(jù)點(diǎn)蝕部位與內(nèi)圈或外圈發(fā)生沖擊接觸的位置不同，也會(huì)發(fā)生振幅調(diào)制的情況，不過(guò)此時(shí)是以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率fm進(jìn)行振幅調(diào)制。這時(shí)的振動(dòng)頻率為nzfRSfm，如圖所示。滾動(dòng)體損傷振動(dòng)情況 2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征軸承偏心引起的振動(dòng) 當(dāng)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損等情況時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸心（內(nèi)圈中心）便會(huì)繞外圈中心擺動(dòng)，如圖所示，此時(shí)的振動(dòng)頻率為nf r（n1, 2,）。滾動(dòng)軸承偏心振動(dòng)

13、特征 不同軸引起的振動(dòng) 當(dāng)兩個(gè)軸承不對(duì)中，軸承裝配不良等都會(huì)引低頻振動(dòng)。2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征滾動(dòng)體的非線性伴生振動(dòng)：滾動(dòng)軸承靠滾道與滾動(dòng)體的彈性接觸來(lái)承受載荷，因此具有“彈簧”的性質(zhì)（剛性很大）。 當(dāng)潤(rùn)滑狀態(tài)不良時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)非線性彈簧性質(zhì)的振動(dòng)。軸向非線性振動(dòng)頻率為軸的旋轉(zhuǎn)頻率fr，分?jǐn)?shù)諧波1/2fr, 1/3fr,，及其高次諧波2fr, 3fr,2.3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)及其故障特征滾動(dòng)軸承正常時(shí)和發(fā)生剝落損傷時(shí)的軸承振動(dòng)信號(hào)的幅值概率密度分布如圖。從圖中可以看出，軸承發(fā)生剝落時(shí)，幅值分布的幅度廣，這是由于存在剝落的沖擊振動(dòng)。這樣，從概率密度分布的形狀，就可以進(jìn)行異常診斷。軸承振動(dòng)

14、的概率密度分布2. 幅值域中的概率密度特征3 滾動(dòng)軸承故障診斷方法3.1 振動(dòng)診斷法3.2 其它診斷方法3 滾動(dòng)軸承故障診斷方法振動(dòng)診斷法在軸承故障診斷中的優(yōu)點(diǎn)（1）可以檢測(cè)出各種類型軸承的異?，F(xiàn)象；（2）在故障初期就可以發(fā)現(xiàn)異常，并可在旋轉(zhuǎn)中測(cè)定；（3）由于振動(dòng)信號(hào)發(fā)自軸承本身，所以不需要特別的信號(hào)源；（4）信號(hào)檢測(cè)和處理比較容易。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法時(shí)域：有效值和峰值判斷法時(shí)域：峰值指標(biāo)法幅域：振幅概率密度分析法時(shí)序模型參數(shù)分析法沖擊脈沖法包絡(luò)法高通絕對(duì)值頻率分析法3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法時(shí)域指標(biāo)：有效值和峰值判斷法 滾動(dòng)軸承振動(dòng)的瞬時(shí)值隨時(shí)間在不斷地進(jìn)行變化，表現(xiàn)這種

15、振動(dòng)變化大小的方法廣泛使用有效值（振動(dòng)幅值的均方根值） 均方根值是對(duì)時(shí)間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。但對(duì)表面剝落或者傷痕等具有瞬變沖擊振動(dòng)的異常是不適用的。（由于沖擊波峰的振幅大，但持續(xù)時(shí)間短，如作時(shí)間平均，則有無(wú)峰值的差異幾乎表現(xiàn)不出來(lái)。）峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的故障診斷。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的情況（如300r/min以下），也常采用峰值進(jìn)行診斷。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法無(wú)量綱指標(biāo)：峰值指標(biāo)法 峰值指標(biāo)是指峰值與有效值的比。由剝落或傷痕引起的瞬時(shí)沖擊振動(dòng)，峰值比有效值的反映靈敏。一般來(lái)講，正常軸承

16、振動(dòng)的峰值指標(biāo)約為5，當(dāng)軸承發(fā)生傷痕時(shí)，峰值指標(biāo)有時(shí)會(huì)達(dá)到10，所以用該方法容易對(duì)滾動(dòng)軸承的異常做出判斷。特點(diǎn) 由于峰值指標(biāo)的值不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的影響，所以正常異常的的判斷可非常單純地進(jìn)行；此外，峰值指標(biāo)不受振動(dòng)信號(hào)的絕對(duì)水平所左右，所以傳感器或放大器的靈敏度即使發(fā)生變動(dòng)，也不會(huì)出現(xiàn)測(cè)定誤差。但這種方法對(duì)表面皺裂或磨損之類的異常，診斷能力很弱。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法振幅概率密度分析法概率密度分布對(duì)正常和有疲勞剝落的軸承可進(jìn)行定性區(qū)分（正常、異常） 定量化可用概率密度分布的幅度表示，即概率密度分布的陡度R4（是概率密度分布陡峭程度的度量），把異常的程度數(shù)量化，然后根據(jù)的R4大小

17、判斷軸承異常情況。 其中，x為瞬時(shí)幅值，p(x)為概率密度函數(shù)，x為標(biāo)準(zhǔn)偏差。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法振幅概率密度分析法一般來(lái)講，對(duì)正常軸承，R4大小為3；當(dāng)剝落發(fā)生時(shí)， R4將變大。R4與峰值指標(biāo)類似，因其與軸承轉(zhuǎn)速、尺寸、負(fù)荷等條件無(wú)關(guān)，因此使用起來(lái)對(duì)軸承好壞的判定非常簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：對(duì)軸承表面皺裂、磨損等異常缺乏檢，主要適用于軸承表面有傷痕的情況。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法時(shí)序模型參數(shù)分析法 將軸承振動(dòng)信號(hào)采樣值看作一個(gè)時(shí)間序列，并建立數(shù)學(xué)模型，然后利用模型的參數(shù)對(duì)軸承故障進(jìn)行診斷。 思路：常用的模型為自回規(guī)模型AR(m)，假設(shè)根據(jù)觀測(cè)值xk(k=1,2,3,N)，建立的模型為

18、 自回歸模型參數(shù)j(=1,2,m)表征了被測(cè)系統(tǒng)的某些特性，如動(dòng)態(tài)特性、頻率結(jié)構(gòu)模式、能量大小等。 在建模時(shí)， j是通過(guò)殘差方差 最小而獲得的3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法時(shí)序模型參數(shù)分析法 軸承故障或工況的變化導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)相應(yīng)改變，即表征系統(tǒng)特性的模型參數(shù)j也會(huì)隨之變化。這樣，用來(lái)真實(shí)擬合描述系統(tǒng)的差分方程的階次m也就相應(yīng)發(fā)生變化。如果系統(tǒng)狀態(tài)的改變不足以引起模型階次的變化，則用原來(lái)的j值來(lái)計(jì)算ak，但 值將會(huì)增大?？梢钥闯觯Ｐ碗A次m和殘差方差 集中地代表了系統(tǒng)的特性。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法時(shí)序模型參數(shù)分析法 為了消除不同工作條件下的滾動(dòng)軸承信號(hào)強(qiáng)度因素加以排除。為此，引入歸一

19、化殘差方差指標(biāo)。為觀測(cè)數(shù)據(jù)xk的方差。 分析比較滾動(dòng)軸承在正常和各種異常時(shí)m及NRSS的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)軸承狀態(tài)的判斷。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法沖擊脈沖法 基本原理： 當(dāng)兩個(gè)不平的表面相互撞擊時(shí)（滾動(dòng)體與內(nèi)滾道缺陷），就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，即沖擊脈沖，沖擊脈沖激發(fā)了軸承元件和結(jié)構(gòu)的共振。 基于這個(gè)原理，通過(guò)測(cè)量?jī)x器，檢測(cè)軸承系統(tǒng)的共振來(lái)判斷沖擊脈沖的大小，來(lái)了解軸承的工作狀態(tài)。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法沖擊脈沖法專業(yè)儀器：沖擊脈沖計(jì)，其加速度傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)不作寬頻率測(cè)量，而只是在傳感器的固有頻率上（30-40kHz）測(cè)量。 該頻帶與其他機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率相差較遠(yuǎn)，可排除常規(guī)振動(dòng)影響。 軸

20、承的沖擊振動(dòng)經(jīng)軸承座傳遞到傳感器上，激發(fā)其固有頻率的減幅振蕩，其振幅與故障的嚴(yán)重程度成正比。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法沖擊脈沖法振動(dòng)加速度的振幅大小是與異常程度成正比例的，因此可以利用沖擊波形的最大值xp，或者沖擊波形的絕對(duì)平均值 進(jìn)行異常判斷。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)（300r/min），平均值很小，據(jù)此進(jìn)行異常與否判斷則很困難，因此用最大值進(jìn)行診斷。有時(shí)也用 來(lái)判斷異常， 大表示軸承有損傷， 小則表示發(fā)生了潤(rùn)滑不良或磨損異常。3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法沖擊脈沖法特點(diǎn)：由于沖擊振動(dòng)所含的頻率很高，通過(guò)零件的界面?zhèn)鬟f一次，其能量損失約80，使原本就十分微弱的故障信號(hào)更加微弱，因此，沖擊脈沖技術(shù)

21、對(duì)測(cè)點(diǎn)要求高，測(cè)點(diǎn)選擇滿足：傳遞路徑盡可能短傳遞路線上只能有從軸承到軸承座之間的一個(gè)界面測(cè)點(diǎn)必須選在軸承的負(fù)載區(qū)缺點(diǎn)：只能判斷正常與否，以及損傷的嚴(yán)重程度，無(wú)法判別故障元件3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法包絡(luò)法包絡(luò)分析法是利用包絡(luò)檢測(cè)和對(duì)包絡(luò)譜的分析，根據(jù)包絡(luò)譜峰識(shí)別故障。當(dāng)滾動(dòng)軸承元件產(chǎn)生缺陷而在運(yùn)行中引起脈動(dòng)時(shí)，不但會(huì)引起軸承外圈及傳感器本身產(chǎn)生高頻固有振動(dòng)，且此高頻振動(dòng)的幅值還會(huì)受到上述脈動(dòng)激發(fā)力的調(diào)制。步驟：在包絡(luò)法中，將經(jīng)調(diào)制的高頻分量拾取，經(jīng)放大、濾波后送入解調(diào)器，即可得到原來(lái)的低頻脈動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)譜分析即可獲得功率譜。（與沖擊脈沖法相似）包絡(luò)法基本原理1）理想的故障微弱沖擊脈沖信號(hào)

22、F(t)2）傳感器接收后，產(chǎn)生的高頻振蕩波3）波形包絡(luò)4）頻譜分析3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法包絡(luò)法的優(yōu)勢(shì)包絡(luò)法把與故障有關(guān)的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中解調(diào)出來(lái)，從而避免與其它低頻干擾的混淆，故有很高的診斷可靠性和靈敏度，是目前最常用、最有效地診斷滾動(dòng)軸承故障的方法之一。 不僅可根據(jù)某種高頻固有振動(dòng)的出現(xiàn)與否，判斷軸承是否異常 而且可根據(jù)包絡(luò)信號(hào)的頻率成分識(shí)別出產(chǎn)生故障的原件（如內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體）。滾動(dòng)軸承包絡(luò)法的實(shí)例308型軸承：外圈剝落，采樣頻率為40k特征：82.05Hz波形幅值譜幅值譜（局部放大）包絡(luò)解調(diào)3.1 滾動(dòng)軸承常用振動(dòng)診斷方法高通絕對(duì)值頻率分析法 將加速度計(jì)測(cè)得的振動(dòng)加速度信

23、號(hào)經(jīng)電荷放大器放大后，再經(jīng)過(guò)1kHz高通濾波器，只抽出其高頻成分，然后將濾波后的波形作絕對(duì)值處理，再對(duì)經(jīng)絕對(duì)值處理后的波形進(jìn)行頻率分析，即可判明各種故障原因。 測(cè)試分析原理圖3.2 其它診斷方法 光纖維監(jiān)測(cè)診斷法振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，通常是在軸承座上安裝傳感器，即用傳感器測(cè)量軸承蓋的振動(dòng)信號(hào)。這樣所檢測(cè)的信號(hào)中完全接收了外界干擾，軸承的故障信號(hào)可能會(huì)因?yàn)檩^弱而被淹沒(méi)。光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)則直接從軸承套圈的表面提取信號(hào)。 接觸電阻法 所依據(jù)的基本原理和振動(dòng)測(cè)量完全不同，它是與振動(dòng)監(jiān)測(cè)法相互補(bǔ)充的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)。電子高頻諧振器現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)及分析診斷的一般步驟問(wèn) 診 監(jiān) 測(cè) 診 斷 措 施問(wèn)診：充分收集有關(guān)機(jī)器的工作

24、原理、結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作性能、故障歷史及檢查維修情況。監(jiān)測(cè): 測(cè)取旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)。 診斷：根據(jù)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)合振動(dòng)特征、故障機(jī)理及歷史運(yùn)行情況 對(duì)機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別、分析故障原因、部位及發(fā)展趨勢(shì)。 措施：提出診斷結(jié)論及操作、維修建議。煉鐵廠點(diǎn)檢總站6號(hào)高爐1#助燃風(fēng)機(jī)問(wèn)診：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖電機(jī)風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)1測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)問(wèn)診：設(shè)備參數(shù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：n=1450rpm電動(dòng)機(jī)功率：P=110-135Kw葉輪葉片數(shù)：8-10個(gè)軸承型號(hào)： 1、 2、 3、324 深溝球軸承Z=15 D=190mm d=46.7mm 4、6324 調(diào)心輥?zhàn)虞S承Z=15 D=190mm d=35mm 問(wèn)診：頻率計(jì)算 軸 承

25、1234內(nèi) 圈225.8217.8外 圈136.8145.2滾動(dòng)體46.247.6保持架9.019.68軸轉(zhuǎn)頻: fr =n/60=1450/60=24. 2Hz 葉片通過(guò)頻率: f=葉片數(shù)fr=(8-10) 24.2 =193.6-242Hz滾動(dòng)軸承的頻率結(jié)構(gòu) 故障特征頻率(Hz) 1)內(nèi)圈的故障特征頻率： 2)外圈的故障特征頻率： 3)滾動(dòng)體的故障特征頻率： 4)保持架的故障特征頻率： 故障特征頻率簡(jiǎn)化公式 1) 內(nèi)圈的故障特征頻率：fi=0.6 fr Z 2)外圈的故障特征頻率：fo=0.4 frZ 3)保持架的故障特征頻率：fc=0.4 fr 4)滾動(dòng)體的故障特征頻率： 0.23fr

26、Z (Z10)fb = 滾動(dòng)軸承的固有頻率（1-20KHZ） 滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈固有頻率按以下公式計(jì)算： 滾動(dòng)體固有頻率計(jì)算公式： 滾動(dòng)軸承的頻率結(jié)構(gòu)back線材廠精軋區(qū)域軸承名細(xì)表back監(jiān)測(cè)振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度測(cè)試參數(shù)： 測(cè)點(diǎn)位置： 測(cè)定方向：測(cè)試周期：軸承座或剛性大的基礎(chǔ)部分水平H、垂直V、軸向A盡量長(zhǎng)但兩次測(cè)試間不可有故障。測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn) 監(jiān)測(cè) 本次測(cè)試，取3個(gè)測(cè)點(diǎn)并分別在水平、垂直 、軸向三個(gè)方向，測(cè)量速度、加速度，共18個(gè)測(cè)量值。 測(cè)點(diǎn)參數(shù)2H2V2A3H3V3A4H4V4A速度mm/s10.48.919.821.921.12813.610.811.5加速度m/s214.48132.5

27、237.4138.4113.257.729.740.514.4back診斷：滾動(dòng)軸承振動(dòng)診斷步驟測(cè)值分析時(shí)域指標(biāo)分析時(shí)域波形分析頻譜分析診斷分析振動(dòng)測(cè)量值測(cè)量值（通頻）的大小 哪一方向與標(biāo)準(zhǔn)相比較 絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 類比標(biāo)準(zhǔn) 與前幾次的測(cè)試結(jié)果相比，做趨勢(shì)分析。 初步判斷設(shè)備處在何種狀態(tài) 診斷分析振動(dòng)測(cè)量值測(cè)點(diǎn)參數(shù)2H2V2A3H3V3A4H4V4A速度mm/s10.48.919.821.921.12813.610.811.5加速度m/s214.48132.5237.4138.4113.257.729.740.514.4 根據(jù)國(guó)際ISO2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)烈度基本上均處在不允許狀

28、態(tài)。尤其是測(cè)點(diǎn)3的振動(dòng)烈度都在20 mm/s以上。從振動(dòng)加速度的幅值可看出測(cè)點(diǎn)2和3的加速度幅值較大。測(cè)點(diǎn)2軸向加速度幅值達(dá)237 mm/s2 。相比之下，振動(dòng)烈度基本上是軸向水平垂直，這就排除了松動(dòng)故障。懷疑不平衡或不對(duì)中等故障。 backISO 2372標(biāo)準(zhǔn)backA-良好B-允許C-較差D-不允許I級(jí)-小型15KW 以下電機(jī)II級(jí)-中型15-75KW電機(jī)III級(jí)-大型，剛性基礎(chǔ)IV級(jí)-大型，柔性基礎(chǔ)診斷（2）時(shí)域指標(biāo)分析波峰因數(shù)均方根值峭度系數(shù)滾動(dòng)軸承的時(shí)域指標(biāo)波峰因數(shù)Cf（又稱峰值系數(shù)）：是指峰值與有效值之比。（即XP/Xrms）第一階段：Cf 5，軸承正常；第二階段：Cf =5 10

29、，軸承輕微損傷；第三階段：Cf =1020 ，軸承嚴(yán)重?fù)p傷； 第四階段：Cf減小，軸承損傷加??；第五階段：Cf恢復(fù)到初始值時(shí)，必須更換軸承。滾動(dòng)軸承的時(shí)域指標(biāo)峭度系數(shù) 無(wú)故障軸承，峭度系數(shù) 3；如果出現(xiàn)故障，峭度值的變化規(guī)律同于波峰因數(shù)的變化。均方根值Vrms（振動(dòng)速度有效值或振動(dòng)烈度）： 穩(wěn)定性較好，但對(duì)早期故障信號(hào)不敏感。 它最能反映振動(dòng)的烈度。注：為了取得較好的效果，常將與Vrms同時(shí)應(yīng)用，以兼顧敏感性和穩(wěn)定性。診斷（2）時(shí)域指標(biāo)分析測(cè)點(diǎn)2軸向加速度幅值達(dá)237 mm/s2 。 其峭度值達(dá)7左右（正常值在3左右）。測(cè)點(diǎn)3軸向加速度幅值達(dá)138.4 mm/s2 。 其峭度值達(dá)5.47左右。

30、go 診斷（3）時(shí)域波形分析信號(hào)的時(shí)域分析-時(shí)域波形分析 信號(hào)波形是某種物理量隨時(shí)間變化的關(guān)系。信號(hào)在時(shí)域內(nèi)的變換或分析稱為時(shí)域分析。 故障軸承的振動(dòng)波形 c內(nèi)外圈疲勞剝落 d外圈橢圓度超差go a正常軸承b滾道面疲勞診斷（4）頻域分析方法：頻譜分析 動(dòng)態(tài)信號(hào)的諸頻率成分的幅值、相位、功率、能量與頻率的關(guān)系表達(dá)出來(lái)就是頻譜。 帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械頻譜特點(diǎn)不平衡不對(duì)中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障滾動(dòng)軸承的頻譜分析 1、方法：由于滾動(dòng)軸承振動(dòng)的頻帶很寬，既有高頻振動(dòng)，也有低頻成分。在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，可以選低頻段和高頻段兩個(gè)頻段進(jìn)行分析。低頻段：范圍1000HZ，覆蓋軸承的故障特征頻率；高頻段：范圍1000-100

31、00HZ，主要是軸承的固有頻率及其高次諧波。 滾動(dòng)軸承的頻譜分析 高頻段是否有能量堆積或峰群出現(xiàn)無(wú)：沒(méi)有早中期故障有：存在早期故障在低頻段出現(xiàn)軸承的通過(guò)頻率通過(guò)頻率的峰值增大，故障惡化 2、診斷思路1）軸承疲勞后，加速度譜圖上出現(xiàn)高頻峰群。2）確認(rèn)故障特征頻率處有峰，表明存在該種故障，若還有明顯的倍頻成分，表明故障嚴(yán)重。確認(rèn)外圈故障特征頻率n f0處有峰，表明外圈有故障。確認(rèn)內(nèi)圈故障特征頻率n fi處有峰，還有間隔為1的邊頻，表明內(nèi)圈存在故障。確認(rèn)滾動(dòng)體故障特征頻率n zfb處有峰，還有邊頻，邊帶間隔為保持架故障特征頻率，表明滾動(dòng)體有故障。 滾動(dòng)軸承的頻譜分析 3、理論依據(jù)滾動(dòng)軸承的頻譜分析

32、4、滾動(dòng)軸承的故障頻譜特征 第 一 階 段第 二 階 段第 三 階 段第 四 階 段滾動(dòng)軸承的故障頻譜特征第 一 階 段：軸承故障出現(xiàn)在超聲段20-60kHz。沖擊能量、高頻振動(dòng)（5-20kHz或更高）和沖擊脈沖。第一個(gè)信號(hào)是10-20倍的軸承基本損壞頻率。在此階段，滾動(dòng)軸承聲音、溫度正常，軸承大約還有10-20的使用壽命。滾動(dòng)軸承的故障頻譜特征第 二 階 段：軸承固有頻率附近開始有輕微的軸承損壞跡象頻率范圍大約是500-2000Hz，末期固有頻率附近出現(xiàn)邊頻。旁波振幅的大小相對(duì)于軸承損壞頻率的諧波是非常重要的指標(biāo)。軸承略有噪聲、溫度有小幅上升，軸承大約還有5-10的使用壽命。滾動(dòng)軸承的故障頻

33、譜特征第 三 階 段：滾動(dòng)軸承出現(xiàn)磨損故障頻率和諧波出現(xiàn)。磨損發(fā)展時(shí)出現(xiàn)更多故障頻率諧波，邊帶數(shù)目增多軸承有噪聲、溫度上升，軸承大約還有2-5的使用壽命。 滾動(dòng)軸承的故障頻譜特征第 四 階 段：滾動(dòng)軸承損壞到了最末階段引起1倍轉(zhuǎn)速頻率的振幅上升，通常還導(dǎo)致2倍、 3倍、 4倍等倍頻分量的上升。滾動(dòng)軸承故障頻率和固有頻率“開始消失”。軸承大約還有1的壽命。厚板廠矯直線熱矯直機(jī)減速機(jī) 采樣時(shí)間：2004-03-26 和2004-02-23測(cè) 量 值：24.00 m/s 2和21.6 m/s 2測(cè)點(diǎn)編號(hào)：1Ha 設(shè)備簡(jiǎn)圖：兩次測(cè)量的頻譜圖87.4Hz87.4Hz 軸承在軸承座內(nèi)松動(dòng)或部件配合松動(dòng)包括

34、如下幾方面的故障 軸承在軸承座內(nèi)松動(dòng) 軸承內(nèi)圈間隙大 軸承保持架在軸承蓋內(nèi)松動(dòng) 軸承松動(dòng)或與軸有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承在軸承座內(nèi)松動(dòng)或部件配合松動(dòng)振 動(dòng) 特 征:常常出現(xiàn)大量的高次諧頻,有時(shí)10X甚至20X，松 動(dòng)嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)半頻及諧頻 (0.5X, 1.5X.)成分。半頻及諧頻往往隨不平衡或不對(duì)中等故障出現(xiàn)。振動(dòng)具有方向性和局部性。振動(dòng)幅值變化較大，相位有時(shí)也不穩(wěn)定。診斷（4）頻域分析原則：一般先通看一遍，然后從中找出振動(dòng)值較大、振動(dòng)特征明顯的測(cè)點(diǎn)的時(shí)域波形圖和頻譜圖再仔細(xì)分析。 測(cè)點(diǎn)2軸向加速度back測(cè)點(diǎn)3軸向速度測(cè)點(diǎn)4軸向速度診斷（4）頻域分析從測(cè)點(diǎn)3水平方向加速度幅值譜可看到，在高頻段有能量

35、堆積，盡管峰值普遍不高，但頻帶較寬。這說(shuō)明風(fēng)機(jī)靠近聯(lián)軸器側(cè)的滾動(dòng)軸承可能存在著早期故障。也有可能電機(jī)端故障是原發(fā)性故障，而測(cè)點(diǎn)3的較大振動(dòng)是由電機(jī)振動(dòng)引發(fā)的。測(cè)點(diǎn)4在高頻段無(wú)能量堆積，且加速度幅值很小。這說(shuō)明測(cè)點(diǎn)4處的滾動(dòng)軸承目前正處在正常狀態(tài)。診斷（4）頻域分析從測(cè)點(diǎn)3軸向及測(cè)點(diǎn)4水平方向的速度幅值譜可看出，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)頻率25Hz(1450/60)及其倍頻。并且基本上高次諧波的幅值大于轉(zhuǎn)頻。這是典型的平行不對(duì)中故障特征。測(cè)點(diǎn)2軸向加速度時(shí)域波形，存在著沖擊現(xiàn)象。幅值譜圖在高頻段有能量堆積并有較高的峰值。這說(shuō)明電機(jī)側(cè)測(cè)點(diǎn)2處滾動(dòng)軸承可能存在這著中期故障。診斷 結(jié)論該設(shè)備可能存在著較嚴(yán)重的不

36、對(duì)中。它是該設(shè)備振動(dòng)較大的主要原因。電機(jī)軸承2，風(fēng)機(jī)靠近聯(lián)軸器側(cè)軸承3運(yùn)行較差，屬帶病運(yùn)行。相比之下，電機(jī)軸承故障較嚴(yán)重。測(cè)點(diǎn)4軸承目前基本處在正常工作狀態(tài)。 措施 仔細(xì)查找不對(duì)中原因，及早排除故障隱患。定期檢測(cè)，嚴(yán)密注視軸承故障的劣化趨勢(shì)。注意聯(lián)軸器的潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法小結(jié) 測(cè)試參數(shù)：振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度測(cè)點(diǎn)位置：軸承座或剛性大的基礎(chǔ)部分測(cè)定方向：水平H、垂直V、軸向A 測(cè)試周期：盡量長(zhǎng)但兩次測(cè)試間不可有故障。判別標(biāo)準(zhǔn)：絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)或類比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備劣化趨勢(shì)分析 滾動(dòng)軸承故障診斷方法小結(jié)測(cè)值分析時(shí)域指標(biāo)分析時(shí)域波形分析頻譜分析 實(shí)例1線材廠增速機(jī)滾動(dòng)軸承故障的分析精軋機(jī)增速箱傳動(dòng)示

37、意圖奇數(shù)架偶數(shù)架設(shè)備參數(shù)主電機(jī): 轉(zhuǎn)速可調(diào)，一般在11501250之間波動(dòng) 當(dāng)時(shí)n=1160r/min。齒輪：斜齒輪，Z1=158，Z2 =67 ，Z3 =55軸承：測(cè)點(diǎn)處為摩根mcs -140-106型圓柱滾子軸 承，其參數(shù)： Z=22, D=260.28mm, d=28.75mm, 測(cè)點(diǎn)處為U-1228-EMR-C1型圓柱滾子軸承 =0數(shù)據(jù)采集 自2002年9月11日開始使用HY-106巡檢儀，一直比較穩(wěn)定，其中10月9日到12月8日因故沒(méi)測(cè)，12月9日發(fā)現(xiàn)振動(dòng)加速度明顯增大 ，見下表。 單位:m/s2 測(cè)試方向10月28日12月9日12月19日12月27日水平方向19.734.646.0

38、11.6垂直方向15.246.638.69.80趨勢(shì)圖與趨勢(shì)分析 圖1、2分別是垂直方向和水平方向的加速度趨勢(shì)圖；趨勢(shì)分析法通頻值趨勢(shì)分析 簡(jiǎn)單易行，不易發(fā)現(xiàn)早期故障 頻譜趨勢(shì)分析 能早期發(fā)現(xiàn)齒輪、軸承等早期故障 能較快判定故障的部位 目的 監(jiān)視機(jī)器的劣化過(guò)程、預(yù)測(cè)機(jī)器的失效時(shí)間 方法某廠壓縮機(jī)滑動(dòng)軸承的趨勢(shì)管理事故發(fā)生前后的頻譜圖對(duì)比某廠壓縮機(jī)滑動(dòng)軸承的趨勢(shì)管理通頻值趨勢(shì)分析報(bào)警值危險(xiǎn)值停機(jī)日期報(bào)警日期滾動(dòng)軸承機(jī)械的報(bào)警參考值 制定報(bào)警值和危險(xiǎn)值的方法根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)，ISO、GB、 API等 以機(jī)器正常狀態(tài)的振動(dòng)值，乘一倍數(shù)，如X4、X10軸 轉(zhuǎn) 頻: fr=n/60=1160/60=19.3

39、3HZ 軸 承 內(nèi) 圈: fi = = 236.00Hz 軸 承 外 圈: fo = = 189.32 Hz 滾 動(dòng) 體: fb = = 87.00 Hz 保 持 架： fc = = 10.73 Hz 齒輪嚙合頻率:fm = fr Z1 =3054.67HZ 頻率計(jì)算正常狀態(tài)的頻譜圖異常狀態(tài)下水平方向的頻譜圖異常狀態(tài)下垂直方向的頻譜圖異常狀態(tài)的頻譜圖182 851頻率分析根據(jù)故障診斷理論，高頻段信號(hào)反映的是滾動(dòng)軸承故障及嚴(yán)重程度，低頻段一般可以診斷故障部位。由此推斷增速機(jī)的滾動(dòng)軸承存在故障。從低頻段信號(hào)分析中發(fā)現(xiàn)，其中一高峰值182 Hz對(duì)應(yīng)的頻率恰好為滾動(dòng)軸承外圈的通過(guò)頻率，而另一高峰值85

40、1Hz恰好為軸承滾動(dòng)體通過(guò)頻率的10倍（滾動(dòng)體通過(guò)頻率fb=87Hz），同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些高振幅的頻率間隔都為185Hz，而這個(gè)頻率恰好是軸承外圈的基本損壞頻率（軸承外圈通過(guò)頻率f i=189Hz）。因此初步判斷軸承外圈及滾動(dòng)體可能存在點(diǎn)蝕等故障。檢查驗(yàn)證12月25日，利用停軋時(shí)間對(duì)齒輪進(jìn)行了檢查，齒輪嚙合正常、潤(rùn)滑良好，排除了齒輪存在故障的可能性,懷疑滾動(dòng)軸承有問(wèn)題。打開增速機(jī)西側(cè)的軸承端蓋，移出銅環(huán)，用內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)體有劃痕，其中一個(gè)滾動(dòng)體有點(diǎn)蝕現(xiàn)象、外圈內(nèi)滾道有一處出現(xiàn)大面積的點(diǎn)蝕，162250B軸承確實(shí)已失效了，由此證實(shí)了我們的分析判斷是正確的。12月26日利用檢修時(shí)間更換了16225

41、0B軸承，振幅值立刻下降，從而避免了一次重大的事故發(fā)生。實(shí)例2線材廠吐絲機(jī)滾動(dòng)軸承故障的分析吐絲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 設(shè)備參數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=800rpm齒輪：錐齒輪， Z1=63， Z2=41軸承型號(hào)：7040UA100 D=255mm，d=33.3mm，Z=21頻率計(jì)算fi=243Hzfo=186.7fb=73.8Hz fc=8.9Hzfm=838.5Hz數(shù)據(jù)采集2003年4月17日軋制6.5mm線材時(shí)，在每日的例行巡檢中發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)突然增大，其中測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值：水平方向?yàn)镠3=90m/s2， 垂直方向?yàn)閂3=85 m/s2，軸向?yàn)锳3=89 m/s2，振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)值38 m/s2），是標(biāo)準(zhǔn)值的2-

42、2.5倍。趨勢(shì)圖軸向趨勢(shì)圖垂直方向趨勢(shì)圖檢修前的頻譜圖檢修前軸向頻譜圖檢修前垂直方向頻譜圖檢修后的頻譜圖檢修后垂直方向頻譜圖檢修后軸向頻譜圖頻率分析從頻譜圖可以看出，在低頻區(qū)出現(xiàn)了軸承的損壞頻率：在748Hz恰好為軸承滾動(dòng)體通過(guò)頻率的10倍（滾動(dòng)體通過(guò)頻率fb=73.8Hz），250Hz為軸承內(nèi)圈通過(guò)頻率（f i=243Hz），同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些高振幅之間的頻率間隔都為250Hz，而這個(gè)頻率恰好是軸承內(nèi)圈的基本損壞頻率（軸承內(nèi)圈通過(guò)頻率fi=243Hz）。初步判斷軸承內(nèi)圈及滾動(dòng)體可能存在點(diǎn)蝕等故障。檢查驗(yàn)證利用早班停機(jī)時(shí)間，打開側(cè)蓋檢查，看到箱體底部存在著鐵末，表明該設(shè)備可能存在磨損、點(diǎn)蝕或剝落，但

43、發(fā)生在哪個(gè)零件上不清楚，繼續(xù)查找?？吹烬X輪齒面完好無(wú)損；兩個(gè)軸承中能看見的那個(gè)軸承基本正常；用百分表測(cè)軸承間隙與安裝時(shí)基本一致。用振動(dòng)桿監(jiān)聽有異音，可以判斷增速機(jī)內(nèi)部存在故障隱患。檢查驗(yàn)證在每日的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，從故障產(chǎn)生開始，雖然振動(dòng)一直很大（在90 m/s2左右），但劣化趨勢(shì)曲線基本上變化不太大，沒(méi)有突然大的增長(zhǎng)，一直維持在原有的較高位置，可以繼續(xù)維持帶病運(yùn)行。該滾動(dòng)軸承一直持續(xù)運(yùn)行到6月16日大修。大修時(shí)拆機(jī)，發(fā)現(xiàn)懷疑有問(wèn)題的那個(gè)滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體基本都存在著嚴(yán)重點(diǎn)蝕，其內(nèi)圈內(nèi)滾道已 經(jīng)出現(xiàn)深溝，與我們當(dāng)初的診斷基本一致。更換了軸承后，振幅立即下降到30 m/s2以下。結(jié)論對(duì)滾動(dòng)軸承這樣的易損

44、件，利用巡檢儀定期監(jiān)測(cè)、進(jìn)行趨勢(shì)分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，再結(jié)合頻譜分析等其他分析方法，查找故障根源，制定相應(yīng)的措施，從而避免了重大的事故發(fā)生而造成停機(jī)；如不適合停機(jī)檢修，可嚴(yán)密注視設(shè)備劣化趨勢(shì)的發(fā)展與變化，為確保設(shè)備帶病運(yùn)行提供了可靠的依據(jù)。1、天鋼集團(tuán)高速線材廠精軋機(jī)增速箱軸承損壞故障的診斷機(jī)組介紹：1995年投入試運(yùn)行，該套設(shè)備是從美國(guó)摩根公司引進(jìn)的，精軋機(jī)共十架，線材規(guī)格為5.5mm-20mm，軋制速度超過(guò)100m/s，屬于高速連軋?jiān)O(shè)備。設(shè)備的技術(shù)參數(shù)：電機(jī)：功率6000KW,無(wú)極調(diào)速、 n=1048rpm增速箱齒輪：斜齒，Z1=174、Z2=52(奇數(shù)側(cè)）Z3=42（偶數(shù)架側(cè)） 精軋

45、機(jī)增速箱傳動(dòng)示意圖信號(hào)采集2001年12月17日，點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)增速箱噪音增大，兩個(gè)被動(dòng)軸的自由端和輸出端振值都突然增大很多，采集數(shù)據(jù)如下（mm/s）測(cè)點(diǎn)方向偶數(shù)架自由端偶數(shù)架輸出端奇數(shù)架自由端奇數(shù)架輸出端水平6.55.97.316.1垂直4.15.26.78.7軸向8.6頻譜圖編號(hào)為162250D的單列滾子軸承D=260.28mmd=28.57mm =0Z=22n=1048rpm故障分析通過(guò)頻譜分析發(fā)現(xiàn)譜值最高的是1151.98HZ，峰值達(dá)到了10mm/s，該頻率恰好是前面次峰值576.178HZ的兩倍，后面出現(xiàn)了3f、4f、5f等多倍頻，處于滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的第三階段，初步判斷滾動(dòng)軸承已損壞

46、。從示意圖只我們看到：輸出端是兩個(gè)滾動(dòng)軸承，是哪一個(gè)滾動(dòng)軸承的故障呢？根據(jù)當(dāng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1048r/min及滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算公式得到，編號(hào)為162250D的單列滾子軸承外環(huán)故障頻率約為576HZ，從而確定了是此軸承故障。 結(jié)果驗(yàn)證通過(guò)對(duì)增速箱解體檢查發(fā)現(xiàn)：編號(hào)為162250D的單列滾子軸承外環(huán)已斷裂，斷裂的位置正好是增速箱上下箱體的結(jié)合部的水平徑向位置，證明了計(jì)算和分析的正確性。經(jīng)過(guò)緊急搶修，更換了軸承，設(shè)備運(yùn)行后再次測(cè)試，振值下降了許多，且符合設(shè)備隨機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，見圖2。鞍鋼線材廠吐絲機(jī)測(cè)量信息所屬部門：鞍鋼線材廠（臨時(shí)任務(wù)）測(cè)點(diǎn)編號(hào)：測(cè)點(diǎn)2水平方向加速度采樣時(shí)間：2004-03-2

47、4 10:21:38測(cè)量值：52.60 m/s2設(shè)備簡(jiǎn)圖 及測(cè)點(diǎn)布置設(shè)備參數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=915rpm，P=Kw齒輪：錐齒輪， Z1=63， Z2=41聯(lián)軸器類型：齒式聯(lián)軸器軸承型號(hào)： 7220，Z=15；N226E， Z=17 7040,止推球軸承 D=255mm，d=33.3mm，Z=21 頻率計(jì)算n=915x63/41=1406rpmfr=1406/60=23.43Hzfi=277.9Hzfo=213.8Hzfb=89.0Hz fc=10.2Hzfm=960Hz數(shù)據(jù)采集 當(dāng)時(shí)測(cè)量了1#和2#吐絲機(jī)的測(cè)點(diǎn)2和3的水平、垂直、軸向的加速度及速度，共24個(gè)數(shù)據(jù)。測(cè)點(diǎn)2水平方向加速度時(shí)域波形及頻

48、譜圖測(cè)點(diǎn)2水平方向速度頻譜圖診斷 1測(cè)值分析 1#和2#吐絲機(jī)型號(hào)、尺寸和工況均相同，將表1中1#和2#吐絲機(jī)同測(cè)點(diǎn)、同方向的測(cè)值進(jìn)行比較，可以看出：2#吐絲機(jī)的測(cè)值較大，一般為1#測(cè)值的2-4倍，最大的達(dá)到4倍，通過(guò)類比標(biāo)準(zhǔn)可判斷2#吐絲機(jī)狀態(tài)較差；1#吐絲機(jī)工作狀態(tài)良好。2#吐絲機(jī)2測(cè)點(diǎn)振動(dòng)是3測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的1.6倍左右。 診斷 2時(shí)域波形分析 測(cè)點(diǎn)2水平方向的時(shí)域波形是以軸回轉(zhuǎn)間隔為包絡(luò)的高頻振動(dòng)曲線，可能是軸承出現(xiàn)損傷而引起的沖擊振動(dòng)。診斷 3頻譜分析 測(cè)點(diǎn)2水平方向的加速度幅值頻譜圖中齒輪嚙合頻率fm=960Hz很弱小，因此排除了齒輪的故障。 加速度幅值譜在高頻段有較高的頻率成分，并且有能量堆積，這說(shuō)明滾動(dòng)軸承存在著損傷。 速度幅值譜及加速度幅值譜的低頻段在550Hz 存在峰值，正好為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的通過(guò)頻率的2倍頻,這說(shuō)明滾動(dòng)軸承內(nèi)圈可能存在著的點(diǎn)蝕等故障。診斷意見根據(jù)2#吐絲機(jī)發(fā)生的異常振動(dòng)的現(xiàn)象及特征，可以懷疑是由于2測(cè)點(diǎn)處的滾動(dòng)軸承內(nèi)圈或滾動(dòng)體出現(xiàn)點(diǎn)蝕引起軸承的故障。