滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)

1、1=1FA滾動(dòng)軸承的故障診斷班級(jí)：機(jī)自11103班姓名：羅文韜學(xué)號(hào)：201115010312專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院滾動(dòng)軸承故障診斷摘要設(shè)備故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過(guò)程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是正?；虍惓?，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。安裝合適的傳感器可以獲得故障的特征信號(hào)，通過(guò)信號(hào)反映故障產(chǎn)生原因。滾動(dòng)軸承是機(jī)械中的易損元件，據(jù)統(tǒng)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有30%是由軸承引起的，它的好壞對(duì)機(jī)器的工作狀態(tài)影響極大。軸承的缺陷會(huì)導(dǎo)致機(jī)器劇烈振動(dòng)和產(chǎn)生噪聲，甚至?xí)鹪O(shè)備的損壞。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)可由于外部的振源引起，也可由于軸承本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及缺陷引起

2、。滾動(dòng)軸承故障監(jiān)測(cè)診斷方法有很多種，它們各具特點(diǎn)，其中振動(dòng)信號(hào)法應(yīng)用最廣泛。關(guān)鍵詞故障診斷；傳感器；軸承；振動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械是各種類(lèi)型機(jī)械設(shè)備中數(shù)量最多應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)機(jī)械，如果旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障，其造成的損失及影響將是十分嚴(yán)重的。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的監(jiān)測(cè)和診斷是很必要的，它愈來(lái)愈受到普遍地重視。從診斷技術(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械的關(guān)鍵部位，是監(jiān)測(cè)和診斷的主要對(duì)象。所以，對(duì)滾動(dòng)軸承監(jiān)測(cè)和診斷方法的研究是具有一定典型和普遍意義的?？梢愿鶕?jù)滾動(dòng)軸承的診斷信號(hào)特征，選擇合適的傳感器和監(jiān)測(cè)方法，獲取滾動(dòng)軸承故障的特征信號(hào)。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)可由于外部的振源引起，也可由于軸承本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及缺陷引起。滾動(dòng)軸承

3、故障監(jiān)測(cè)診斷方法有很多種，如振動(dòng)信號(hào)法、聲發(fā)射法、油污染分析法等。它們各具特點(diǎn)，其中振動(dòng)信號(hào)法應(yīng)用最廣泛。下面針對(duì)電線電纜絞線機(jī)中關(guān)鍵部位的滾動(dòng)軸承進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷。1測(cè)振傳感器振動(dòng)測(cè)量?jī)x器與系統(tǒng)通常是由測(cè)振傳感器、測(cè)量放大器和記錄顯示裝置等部分所組成。測(cè)振傳感器，一般簡(jiǎn)稱測(cè)振器或測(cè)振儀，它的作用是把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械振動(dòng)量（位移、速度或加速度）在要求的范圍內(nèi)正確地接受下來(lái)，并將此機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出或顯示出來(lái)。測(cè)振傳感器種類(lèi)很多，以所測(cè)參數(shù)形式來(lái)分，主要有：1）位移式傳感器輸出電量與振動(dòng)位移成正比；位移式傳染器接觸式電阻式應(yīng)變!式非接觸式電容式電渦流!式2）速度式傳感器輸出電量與振動(dòng)速度成正比；速

4、度式傳染器接觸式動(dòng)圈式動(dòng)磁！式非接觸式（變間隙式?。?）加速度式傳感器輸出電量與輸入加速度成正比。加速度式傳感器壓電式應(yīng)變!式2分析頻帶的選擇用低通、帶通或高通濾波器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理再分析。1）低頻段：用低通濾波器（截止頻率fbWlkHz）濾去高頻成分后再作頻譜分析。由于軸承的故障特征頻率（通過(guò)頻率）通常在1kHz以下，可直接觀察頻譜圖上對(duì)應(yīng)的特征譜線，做出判斷。但由于在這個(gè)頻峰范圍易受到機(jī)械及電源干擾，并且在故障初期反映故障的頻率成分在低頻段的能量很小。因此，信噪比低、故障檢測(cè)靈敏度差，目前已很少應(yīng)用。2）中頻段：120kHz范圍：.用高通濾波器（截止頻率為1kHz）濾去1kHz以下的低

5、頻成分，以消除機(jī)械干擾。然后用信號(hào)的峰值、RMS值或峭度系數(shù)作為監(jiān)測(cè)系數(shù)。許多簡(jiǎn)易的軸承監(jiān)測(cè)儀表用這種方式，如日本NSK公司的NB3、NB-4型軸承監(jiān)測(cè)儀。b.用帶通濾波器提取軸承零件或結(jié)構(gòu)零件的共振頻率成分。濾波器的通帶截止頻率根據(jù)軸承類(lèi)型及尺寸選擇。用通帶內(nèi)的信號(hào)總功率作為監(jiān)測(cè)參數(shù)。例如對(duì)309球軸承，通帶中心頻率為2.2kHz左右，帶寬可選為12kHz。3）高頻段：2080kHz:由于軸承故障引起的沖擊有很大部分沖擊能量分布在高頻段，將加速度傳感器的諧振頻率取得較高。利用傳感器的諧振或電路的諧振增強(qiáng)所得到的衰減振動(dòng)信號(hào)。因此，根據(jù)以上頻率范圍要求選擇壓電式加速度傳感器。壓電式加速度傳感器

6、的適用領(lǐng)域式測(cè)定0.1Hz40kHz范圍內(nèi)的10-3104G的振動(dòng)加速度。這是因?yàn)檫@種傳感器具有體積小、重量輕、精度高、適用溫度范圍廣等特點(diǎn)，加上儀器本身的不斷改進(jìn)和充電過(guò)程的實(shí)用化，使過(guò)去存在于應(yīng)用中的各種難點(diǎn)在很大程度上得到了解決。當(dāng)石英、酒石酸鉀鈉（羅謝耳鹽）受到機(jī)械力的作用時(shí)，兩端會(huì)產(chǎn)生電荷。利用這種壓電現(xiàn)象的轉(zhuǎn)換器，稱為壓電式傳感器，它專門(mén)用于測(cè)定振動(dòng)加速度。圖1所示為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)。彈簧壓電晶體片3測(cè)試點(diǎn)的選擇滾動(dòng)軸承因故障引起的沖擊振動(dòng)由沖擊點(diǎn)以半球面波方式向外傳播，通過(guò)軸承零件、軸承座傳到箱體或機(jī)架。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

7、%。因此，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被測(cè)軸承的承載區(qū)，應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，探測(cè)點(diǎn)離軸承外圈的距離越短越直接越好。4傳感器的安裝對(duì)于壓電式加速度傳感器，最好的安裝方為鋼制雙頭螺栓的安裝法，如圖2所示.這種安裝的特點(diǎn)是按頻率特性大體可將傳感器與被測(cè)體看成為整體。傳感器安裝在軸承座上的位置如圖3所示。B可逆旋轉(zhuǎn)情況下傳感器的位置圖3傳感器的安裝位置因?yàn)榻g線機(jī)可以向兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，所以采用第二種方式安裝傳感器。壓電式加速度傳感器經(jīng)過(guò)軸承座上的小孔，安裝軸承座的外表面上，通過(guò)監(jiān)測(cè)和診斷滾動(dòng)軸承的振動(dòng)情況，反映滾動(dòng)軸承的工作狀態(tài)正常與否。5測(cè)量?jī)x器及方法滾動(dòng)軸承中有缺陷時(shí)，如有疲勞剝落、裂紋、磨損和混雜物時(shí)，就會(huì)發(fā)生

8、沖擊，引起脈沖性振動(dòng)。由于阻尼的作用，這是一種衰減性振動(dòng)。沖擊脈沖的強(qiáng)弱反映了故障的程度，它還和軸承的線速度有關(guān)。SPM沖擊脈沖法（ShockPulseMethod）就是基于這個(gè)原理。脈沖值與軸承壽命的關(guān)系如圖4所示。在無(wú)損傷或極微小的損傷期，脈沖值（dB值）大體在水平線上下波動(dòng)。隨著故障的發(fā)展，脈沖值逐漸增大。當(dāng)沖擊能量達(dá)到初始值的1000倍（60dB）時(shí)，就認(rèn)為該軸承的壽命已經(jīng)結(jié)束?？偟臎_擊能量dBv與初始沖擊能量dBi之差稱為標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量dBN。dBN=dBsv-dBi可以根據(jù)dBN的值判斷軸承的狀態(tài)：0dBdBN20dB正常狀態(tài)；20dBWdBNW35dB注意狀態(tài)，軸承有初期損傷；35

9、dBdBN60dB警告狀態(tài)，軸承已有明顯損傷；初始沖擊能量也稱為背景分貝，可根據(jù)軸承內(nèi)徑及轉(zhuǎn)速加以確定。為了提高檢測(cè)的靈敏度及可靠性，采用了諧振頻率為32kHz的加速度傳感器，電路上采用了以此頻率為中心頻率的帶通濾波器，以濾除附近的機(jī)械干擾，而只讓反映沖擊脈沖振動(dòng)的成分通過(guò)，然后測(cè)量其沖擊脈沖能量。已有多種商品化的沖擊脈沖計(jì)問(wèn)世早期的產(chǎn)品有MEPA-10、MEPA-21A和MEPA-43A，可以測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和脈沖強(qiáng)度。近期產(chǎn)品為便攜式儀表，如SPM沖擊脈沖計(jì)和CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)，后者的簡(jiǎn)化電路框圖如圖5所示。圖5CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)的簡(jiǎn)化電路框圖加速度傳感器所拾得的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)中心頻率為32kHz的帶通濾波器，可調(diào)的衰減器和放大器，再經(jīng)包絡(luò)檢波得到調(diào)解后的信號(hào)，與設(shè)定的電壓通過(guò)電壓比較器進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)此電壓時(shí)就使多諧振蕩器產(chǎn)生的1.5kHz音頻信號(hào)通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，或通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)光。此時(shí)可從度盤(pán)上讀出dBN值。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，便于以后的使用分析。這就是利用故障診斷技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀