機械故障診斷技術(shù)滾動軸承故障診斷課件

機械故障診斷技術(shù)滾動軸承故障診斷機械故障診斷技術(shù)滾動軸承故障診斷17．1滾動軸承的失效形式1.滾動軸承的磨損失效磨損是滾動軸承最常見的一種失效形式。在滾動軸承運轉(zhuǎn)中，滾動體和套圈之間均存在滑動，這些滑動會引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時，則形成嚴重的磨料磨損，使之更為加劇。另外，由于振動和磨料的共同作用，對于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動軸承，會在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑，即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運行中引起的相對運動，又會造成軸承座孔或軸徑的磨損。當(dāng)磨損量較大時，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動增大。7．1滾動軸承的失效形式1.滾動軸承的磨損失效22.滾動軸承的疲勞失效

在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。因為脫落的碎片被滾壓在其余部分滾道上，并給那里造成局部超載荷而進一步使?jié)L道損壞。 軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。2.滾動軸承的疲勞失效33.滾動軸承的腐蝕失效

軸承零件表面的腐蝕分三種類型。 a.化學(xué)腐蝕，當(dāng)水、酸等進入軸承或者使用含酸的潤滑劑，都會產(chǎn)生這種腐蝕。 b.電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。 c.微振腐蝕，為軸承套圈在機座座孔中或軸頸上的微小相對運動所至。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色（Fe2O3）或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點。3.滾動軸承的腐蝕失效44.滾動軸承的塑變失效

壓痕主要是由于滾動軸承受負荷后，在滾動體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。載荷過大時會在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外，若裝配不當(dāng)，也會由于過載或撞擊造成表面局部凹陷?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。5.滾動軸承的斷裂失效

造成軸承零件的破斷和裂紋的重要原因是由于運行時載荷過大、轉(zhuǎn)速過高、潤滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，也有的是由于磨削或熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的。4.滾動軸承的塑變失效56.滾動軸承的膠合失效滑動接觸的兩個表面，當(dāng)一個表面上的金屬粘附到另一個表面上的現(xiàn)象稱為膠合。 對于滾動軸承，當(dāng)滾動體在保持架內(nèi)被卡住或者潤滑不足、速度過高造成摩擦熱過大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過小，熱膨脹引起滾動體與內(nèi)外圈擠壓，致使在軸承的滾道中產(chǎn)生膠合和剝落。6.滾動軸承的膠合失效67．2滾動軸承的振動機理與信號特征

引起滾動軸承振動的因素很多。有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。如圖7－1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。圖7－1滾動軸承振動的時域信號

(a)新軸承的振動波形(b)表面劣化后的軸承振動波形7．2滾動軸承的振動機理與信號特征引起滾動軸承振動的7圖7－10高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖圖7－34顯示為吐絲機6月27日06：51的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率幅值為15.滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征軸上的齒輪等零件的振動也會受到軸承振動的影響，導(dǎo)致自身的振動出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象。它的優(yōu)勢在于能提供早期的故障預(yù)報。峭度指標Cq對信號中的沖擊特征很敏感，正常情況下其值應(yīng)該在3左右，如果這個值接近4或超過4，則說明機械的運動狀況中存在沖擊性振動。35Hz，在此看出，倒頻譜反映出的故障頻率與理論幾乎完全一致。針對不同的信號所處頻段，需采用不同的信號拾取方式。這個時間距軸承破碎還有40多天，而且頻譜圖上已有極明顯的故障征兆?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。35Hz及內(nèi)圈故障頻率為26.隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。所產(chǎn)生的振動，既是隨機的，又含有滾動體的傳輸振動，其主要頻率成分為滾動軸承的特征頻率。圖7—9c是其倒頻譜，明顯看出有106Hz及26.因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報信息。圖(c)為振蕩波經(jīng)過絕對值處理后留下了對應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號，在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線。圖7－24增速箱12月15日頻譜圖在沖擊脈沖技術(shù)中，所測信號振幅的計量單位是dB。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。我們都知道滾動軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時間變化的），即可診斷出軸承故障。1.軸承剛度變化引起的振動

當(dāng)滾動軸承在恒定載荷下運轉(zhuǎn)時(如圖7—2)，由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決定，使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周期性變化。如滾動體與外圈的接觸點的變化，使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期的變化，而且是一種對稱周期變化，從而使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的特征。由此便產(chǎn)生了分數(shù)諧波振動。此外，當(dāng)滾動體處于載荷下非對稱位置時，轉(zhuǎn)軸的中心不僅有垂直方向的，而且還有水平方向的移動。這類參數(shù)的變化與運動都將引起軸承的振動，也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動，滾動體通過徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。這樣在滾動軸承運轉(zhuǎn)時，由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動體產(chǎn)生的激振力及系統(tǒng)存在非線性，便產(chǎn)生多次諧波振動并含有分諧波成分，不管滾動軸承正常與否，這種振動都要發(fā)生。圖7—2滾動軸承剛度的變化圖7－10高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖1.軸承剛度變化引起82.由滾動軸承的運動副引起的振動當(dāng)軸承運轉(zhuǎn)時，滾動體便在內(nèi)外圈之間滾動。軸承的滾動表面雖加工得非常平滑，但從微觀來看，仍高低不平，特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑剝時，高低不平的情況更為嚴重。滾動體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動，既是隨機的，又含有滾動體的傳輸振動，其主要頻率成分為滾動軸承的特征頻率。滾動軸承的特征頻率(即接觸激發(fā)的基頻)，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。計算的特征頻率值往往十分接近測量數(shù)值，所以在診斷前總是先算出這些值，作為診斷的依據(jù)。2.由滾動軸承的運動副引起的振動9滾動軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時）1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1：

Hz2)保持架旋轉(zhuǎn)頻率?2：3）滾動體自轉(zhuǎn)頻率?3：4）保持架過內(nèi)圈頻率?4：5）滾動體通過內(nèi)圈頻率?5：6）滾動體通過外圈頻率?6：

式中，n—內(nèi)圈轉(zhuǎn)速(r/min)，z—滾動體個數(shù)在故障診斷的實踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1、滾動體通過內(nèi)圈頻率?5、滾動體通過外圈頻率?6對表面缺陷有較高的敏感度，是重要的參照指標。圖7—3向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定）滾動軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時）1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻10圖7－4滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形3.滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征

滾動軸承內(nèi)出現(xiàn)剝落等缺陷，滾動體以較高的速度從缺陷上通過時，必然激發(fā)兩種性質(zhì)的振動。見圖7－4，第一類振動是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運動關(guān)

系為特征的振動，表現(xiàn)為沖擊振動的周

期性；第二類振動是被激發(fā)的以軸承元件固有頻

率的衰減振蕩，表現(xiàn)為每一個脈沖的衰

減振蕩波。軸承元件的固有頻率取決于本身的材料、結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量，根據(jù)某些資料介紹，軸承元件的固有頻率在20K～60KHz的頻率段。因此,有些軸承診斷儀，就針對這一特點進行信號分析處理，在這一頻段內(nèi)工作的儀表。圖7－4滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形3.滾動軸承的早期11利用低頻段信號診斷軸承故障的要點軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的頻率與軸承結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相聯(lián)系，處于振動信號的低頻段內(nèi)，在這個頻段內(nèi)還有軸的振動、齒輪的嚙合振動等各種零件的振動。由于這些振動具有更強的能量，軸承早期缺陷所激發(fā)的微弱周期性脈沖信號往往淹沒在這些強振信號中，給在線故障監(jiān)測系統(tǒng)帶來困難，但是，滾動軸承故障在低頻段的特征還是可以得到的。因為滾動軸承在機器設(shè)備中的作用是支撐傳動軸的旋轉(zhuǎn)，所以滾動軸承故障所激發(fā)的振動必然對軸及軸上的機械零件產(chǎn)生影響。對于轉(zhuǎn)軸上的零件為齒輪等非轉(zhuǎn)子類零件的軸而言，其動不平衡量是不隨時間變化的。滾動軸承影響到軸的空間定位，軸承故障將使軸的空間定位出現(xiàn)波動，當(dāng)軸的工作狀態(tài)處于非重載時，軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值升高，有時還表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頻的2X、3X…5X頻率的振幅升高。這種情況往往預(yù)示著滾動軸承出現(xiàn)早期故障。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值再次降低時，滾動軸承故障已進入晚期，到了必需更換的程度。利用低頻段信號診斷軸承故障的要點軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的127．3滾動軸承信號分析方法

軸承故障信號的拾取實際上是傳感器及安裝部位和感應(yīng)頻率段的選擇。傳感器的安裝部位往往選擇軸承座部位，并按信號傳動的方向選擇垂直、水平、軸向布置。這里距故障信號源最近，傳輸損失最小，也是軸、齒輪等故障信號傳輸路徑必經(jīng)的最近位置。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。 由于軸的空間位置波動，也必然影響齒輪等零件的振動。滾動軸承故障在某種條件下（如輕載、空載）也會在齒輪嚙合頻率的振幅升高中反映出來。因此其特征為齒輪嚙合頻率的邊頻很微弱，幾乎看不見。7．3滾動軸承信號分析方法軸承故障信號的拾取實際上是13圖7－5滾動軸承的振動頻譜傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇軸承故障信號分布的頻段

傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇，如圖7－5所示，這是一個航空軸承通過故障實驗得到的頻譜圖。軸承的故障信號分布在3個頻段，即圖中陰影部分。圖7－5滾動軸承的振動頻譜傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇軸承故14a).低頻段：在8kHz以下，滾動軸承中與結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相聯(lián)系的故障信號在這個頻率段，少數(shù)高速滾動軸承的信號頻段能延展到B點以外。因為軸的故障信號、齒輪的故障信號也在這個頻段，因而這也是絕大部分在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)所監(jiān)測的頻段。b).高頻段：位于Ⅱ區(qū)，這個頻段的信號是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動。c).超高頻段：位于Ⅲ區(qū)，它們是軸承內(nèi)微裂紋擴張所產(chǎn)生的聲發(fā)射超聲波信號。a).低頻段：在8kHz以下，滾動軸承中與結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相15信號拾取方式：針對不同的信號所處頻段，需采用不同的信號拾取方式。a)監(jiān)測低頻段的信號，通常采用加速度傳感器，由于同時也要拾取其它零件的故障信號，因此采用通用的信號處理電路（儀器）。b)監(jiān)測高頻段的信號，其目的是要獲取唯一的軸承故障信號，采用自振頻率在25～30KHz的加速度傳感器，利用加速度傳感器的共振效應(yīng)，將這個頻段的軸承故障信號放大，再用帶通濾波器將其它頻率的信號（主要是低頻信號）濾除，獲得唯一的軸承故障信號。c)監(jiān)測超高頻段的信號，則采用超聲波傳感器，將聲發(fā)射信號檢出并放大。儀表統(tǒng)計單位時間內(nèi)聲發(fā)射信號的頻度和強度，一旦頻度或強度超過某個報警限，則判定軸承故障。信號拾取方式：16滾動軸承故障信號分析方法1．有效值與峰值判別法有效值：滾動軸承振動信號的有效值反映了振動的能量大小，當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后，其振動必然增大。因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標。峰值：有效值指標對具有瞬間沖擊振動的異常是不適用的。因為沖擊波峰的振幅大，并且持續(xù)時間短。用有效值來表示故障特征，其特征并不明顯，對于這種形態(tài)異常的故障特征，用峰值比有效值更適用。2．峰值系數(shù)法

所謂峰值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。 用峰值系數(shù)進行診斷的最大特點，是由于它的值不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負荷的影響。正常時，滾動軸承的峰值系數(shù)約為5，當(dāng)軸承有故障時，可達到幾十。軸承正常、異常的判定可以很方便判別。另外，峰值系數(shù)不受振動信號的絕對水平所左右。測量系統(tǒng)的靈敏度即使變動，對示值也不會產(chǎn)生多大影響。滾動軸承故障信號分析方法1．有效值與峰值判別法173．峭度指標法峭度指標Cq反映振動信號中的沖擊特征。峭度指標Cq

峭度指標Cq對信號中的沖擊特征很敏感，正常情況下其值應(yīng)該在3左右，如果這個值接近4或超過4，則說明機械的運動狀況中存在沖擊性振動。*當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時，有效值變化不大，但峭度指標值已經(jīng)明顯增加，達到數(shù)十甚至上百，非常明顯。它的優(yōu)勢在于能提供早期的故障預(yù)報。*當(dāng)軸承故障進入晚期，由于剝落斑點充滿整個滾道，峭度指標反而下降。也就是對晚期故障不適應(yīng)。3．峭度指標法184．沖擊脈沖法（SPM）

沖擊脈沖法是利用軸承故障所激發(fā)的軸承元件固有頻率的振動信號，經(jīng)加速度傳感器的共振放大、帶通濾波及包絡(luò)檢波等信號處理，所獲得的信號振幅正比于沖擊力的大小。在沖擊脈沖技術(shù)中，所測信號振幅的計量單位是dB。測到的軸承沖擊dBi值與軸承基準值dB0相減（dB0是良好軸承的測定值）。dBN=dBi－dB0沖擊脈沖計的刻度就是用dBN值表示的。軸承的狀況分為三個區(qū)：（0～20）dBN表示軸承狀況良好（20～35）dBN表示軸承狀況已經(jīng)劣化，屬發(fā)展中的損傷期（35～60）dBN表示軸承已經(jīng)存在明顯的損傷。4．沖擊脈沖法（SPM）19圖7—6共振解調(diào)法的信號變換過程5．共振解調(diào)法

共振解調(diào)法也稱為包絡(luò)檢波頻譜分析法，是目前滾動軸承故障診斷中最常用的方法之一。共振解調(diào)法的基本原理可用圖7—6所示信號變換過程中的波形特征來說明。圖(a)為理想的故障微沖擊脈沖信號F(t)（原始脈沖波），它在時域上的脈寬極窄，幅值很小，而脈沖的頻率成分很豐富。雖然這種脈沖是以T為周期，但在頻譜上卻直接反映不出對應(yīng)的頻率1／T成分。圖7—6共振解調(diào)法的信號變換過程5．共振解調(diào)法20圖(b)是脈沖信號由傳感器接收后，經(jīng)過電子高頻諧振器諧振，產(chǎn)生的一組組共振響應(yīng)波。這是一種振幅被放大了的高頻自由衰減振蕩波，振蕩頻率就是諧振器的諧振頻率?n(?n=1/Tn)，它的最大振幅與故障沖擊的強度成正比，而且每組振蕩波在時域上得到了展寬，振蕩波的重復(fù)頻率與故障沖擊的重復(fù)頻率相同。圖(c)為振蕩波經(jīng)過絕對值處理后留下了對應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號，在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線。圖(d)為對圖(c)所示振蕩波再進行包絡(luò)檢波處理后的波形，也就是取振蕩波形的包絡(luò)線。這個包絡(luò)波形就把高頻成分和其他機械干擾頻率剔除掉了，成為純低頻的周期波，波的周期T仍與原始沖擊頻率相對應(yīng)圖(e)為將圖(d)所示的純低周期包絡(luò)波作為新的振動波形進行頻譜分析，獲得明顯的沖擊頻率及其諧波成分的頻譜分析圖。圖(b)是脈沖信號由傳感器接收后，經(jīng)過電子高頻諧振器諧振，產(chǎn)21特征頻率表3（圖7－33軋φ6.有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。率的衰減振蕩，表現(xiàn)為每一個脈沖的衰高頻段：位于Ⅱ區(qū)，這個頻段的信號是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動。特征頻率表3（圖7－33軋φ6.59Hz)及2倍頻(117.電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。圖7—7(b)為經(jīng)過包絡(luò)檢波后的頻譜圖，清楚地顯示出故障的特征頻率，其中91.在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。圖7－1512月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅值為0.b）29日時域信號發(fā)生嚴重畸變，30日時域信號完全紊亂；4）保持架過內(nèi)圈頻率?4：該軸承的實際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有一處疲勞剝落。圖7—3向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖59Hz的振幅已經(jīng)超過10m/s2；2、由于軸承參數(shù)不全，無法計算精確的故障特征頻率，根據(jù)估計值計算有軸承故障可能。材料、結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量，根據(jù)某些資料軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。由于振幅相對很低，不易看出。*當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時，有效值變化不大，但峭度指標值已經(jīng)明顯增加，達到數(shù)十甚至上百，非常明顯。圖7－7兩種信號處理方法比較例：共振解調(diào)法（包絡(luò)檢波頻譜分析法）實現(xiàn)包絡(luò)檢波的方法有多種，常用的有兩種方法：希爾伯特(Hilbett)變換法和檢波濾波法。圖7—7為204型軸承加了30N軸向力，在試驗裝置上進行測試分析的結(jié)果。圖7—7(a)為原信號直接用低頻信號接收法得到的頻譜，圖中譜峰密集，較難尋找出故障的特征頻率。圖7—7(b)為經(jīng)過包絡(luò)檢波后的頻譜圖，清楚地顯示出故障的特征頻率，其中91.25Hz是軸承外圈的間隔頻率(理論計算值為92.5Hz)，145Hz、290Hz和436Hz是內(nèi)圈的間隔頻率及其諧波。該軸承的實際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有一處疲勞剝落。特征頻率表3（圖7－33軋φ6.圖7－7兩種信號處理方法226．頻譜分析法將低頻段測得振動信號，經(jīng)低通抗疊混濾波器后，進行FFT快速富里葉變換，得到頻譜圖。根據(jù)滾動軸承的運動關(guān)系式計算得到各項特征頻率，在頻譜圖中找出、觀察其變化，從而判別故障的存在與部位。需要說明的是，各種特征頻率都是從理論上推導(dǎo)出來的，而實際上，由于軸承的各幾何尺寸會有誤差，加上軸承安裝后的變形、FFT計算誤差等因素，使得實際的頻率與計算所得的頻率會有某些出入，所以在頻譜圖上尋找各特征頻率時，需在計算的頻率值上找其近似的值來作診斷。6．頻譜分析法23圖7－8故障軸承與完好軸承的頻譜圖對比a)故障軸承

b)完好軸承例如，圖7－8a，是一個外環(huán)有劃傷的軸承頻譜圖，明顯看出其頻譜中有較大的周期成分，其基頻為184.2Hz。圖7—8b是與該軸承同型號的完好軸承的頻譜圖。通過比較可以看出，當(dāng)出現(xiàn)故障后頻譜圖上有較高階諧波。在此例中出現(xiàn)了184.2Hz的5階諧波。且在736.9Hz上出現(xiàn)了諧波共振現(xiàn)象。需要指出的是，圖7－8是一個在實驗室作出的圖形。實際工業(yè)現(xiàn)場的信號是極復(fù)雜的，包含了諸多軸、齒輪等強振信號，而滾動軸承的故障信號因為強度太小，而被淹沒。只有機構(gòu)相對簡單的機械（如低轉(zhuǎn)速的水泵）才能復(fù)現(xiàn)與圖7－8相似的頻譜圖。圖7－8故障軸承與完好軸承的頻譜圖對比例如，圖7－8a，是24

滾動軸承原故障信號弱，并不意味常規(guī)的FFT信號分析技術(shù)對滾動軸承的故障診斷束手無策。我們都知道滾動軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時間變化的），即可診斷出軸承故障。軸上的齒輪等零件的振動也會受到軸承振動的影響，導(dǎo)致自身的振動出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象。滾動軸承原故障信號弱，并不意味常規(guī)的FFT信號分析技術(shù)257．倒頻譜分析法對于一個復(fù)雜的振動情況，其諧波成分更加復(fù)雜而密集，僅僅去觀察其頻譜圖，可能什么也辨認不出。這是由于各運動件在力的相互作用下各自形成特有的特征頻率，并且相互疊加與調(diào)制，因此在頻譜圖上則形成多族諧波成分，如果應(yīng)用倒頻譜則較易于識別。倒頻譜：對于存在調(diào)頻、調(diào)幅現(xiàn)象的信號，其功率譜上會出現(xiàn)周期分量或等間隔的旁瓣，利用倒譜分析方法，對功率譜上的周期分量進行再處理，找出功率譜上不易發(fā)現(xiàn)的問題。處理過程：離散信號序列{xi}FFT變換功率譜S{f}求對數(shù)lgS(f)求逆傅里葉變換F-1{lgS(f)}得到倒譜C(τ)C(τ)=F-1{lgS(f)}7．倒頻譜分析法離散信號序列{xi}FFT變換功率譜S{f26例：圖7—9a，是內(nèi)圈軌道上有疲勞損傷和滾子有凹坑缺陷軸承的振動時間歷程。圖7—9b則是其頻譜圖，該圖不便識別。圖7—9c是其倒頻譜，明顯看出有106Hz及26.39Hz成分，理論計算上滾子故障頻率為106.35Hz及內(nèi)圈故障頻率為26.35Hz，在此看出，倒頻譜反映出的故障頻率與理論幾乎完全一致。在滾動軸承故障信號分析中，由于存在著明顯的調(diào)制現(xiàn)象，并在頻譜圖中形成不同族的調(diào)制邊帶。 *當(dāng)內(nèi)圈有故障時是則內(nèi)圈故障頻率構(gòu)成調(diào)制邊帶； *當(dāng)滾子有故障時，則又以滾子故障頻率構(gòu)成另一族調(diào)制邊帶。

因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報信息。例：27圖7－9倒頻譜分析的有效性示意圖圖7－9倒頻譜分析的有效性示意圖28有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。針對不同的信號所處頻段，需采用不同的信號拾取方式。(4)．吐絲機軸承碎裂當(dāng)天的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.從2004年12月28日的頻譜圖到2005年1月4日的頻譜圖，可以看到軸轉(zhuǎn)頻的振幅上升了7倍，而且頻域圖形中出現(xiàn)很多諧波并向上漂起，時域圖形越來越混亂，呈很強的非對稱形態(tài)?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。圖7－22高線精軋機齒輪箱傳動鏈圖軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。a)故障軸承b)完好軸承5鋼吐絲機a35測點峰值趨勢圖事后檢視在線故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征由圖7－28可見，在2～6月份軋Ф6.因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報信息。滾動軸承故障信號分析方法因為滾動軸承在機器設(shè)備中的作用是支撐傳動軸的旋轉(zhuǎn)，所以滾動軸承故障所激發(fā)的振動必然對軸及軸上的機械零件產(chǎn)生影響。圖7－24增速箱12月15日頻譜圖這個包絡(luò)波形就把高頻成分和其他機械干擾頻率剔除掉了，成為純低頻的周期波，波的周期T仍與原始沖擊頻率相對應(yīng)從趨勢圖上可以看到振動是在1月29日開始上升的，說明故障發(fā)展很快。雖然這種脈沖是以T為周期，但在頻譜上卻直接反映不出對應(yīng)的頻率1／T成分。圖7－10高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖7．4滾動軸承故障診斷案例例7-1

2005年1月31日，宣化鋼鐵公司高速線材軋機的26架出現(xiàn)振動異常。圖7－10為高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖。

有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配291）頻譜分析圖:圖7－1126架軋機振動頻譜圖1）頻譜分析圖:圖7－1126架軋機振動頻譜圖302）數(shù)據(jù)分析：表7－1數(shù)據(jù)分析表（測量轉(zhuǎn)速1100rpm；推導(dǎo)轉(zhuǎn)速1078.2rpm）2）數(shù)據(jù)分析：313)趨勢分析:從趨勢圖上可以看到振動是在1月29日開始上升的，說明故障發(fā)展很快。圖7－1226架通頻振動有效值趨勢圖3)趨勢分析:圖7－1226架通頻振動有效值趨勢圖324）特征頻率趨勢分析從圖7－13中可以看到，Ⅰ軸轉(zhuǎn)頻(58.59Hz)及2倍頻(117.19Hz)的振幅也是在1月29日開始上升。圖7－1326架特征頻率趨勢圖4）特征頻率趨勢分析圖7－1326架特征頻率趨勢圖335）當(dāng)時的診斷結(jié)論與處理建議1．時域信號特征a）26#架精軋機在1月29日柱狀圖（棒圖a、b、c，這里未給出）峰值開始報警，30日報警值達255；b）29日時域信號發(fā)生嚴重畸變，30日時域信號完全紊亂；c）時域趨勢圖從27日的22.6m/s2急劇上升到30日的245m/s2（圖7-12），突變了10倍左右。2．頻域信號特征：a）出現(xiàn)26#架精軋機錐箱I軸的轉(zhuǎn)動頻率（同時也是該軸軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率）及大量諧波，達5000Hz以上，這是典型的部件松動特征。b）58.59Hz的振幅已經(jīng)超過10m/s2；（圖7-11)3．該齒輪箱可能存在兩種故障隱患：a）I軸軸承損壞（可能性較大）;b）26架底座剛度弱（有松動、裂紋等），有被外力所激起的振動。5）當(dāng)時的診斷結(jié)論與處理建議34因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標。圖7－23增速箱12月15日時域振動波形針對這一特點進行信號分析處理，在這一頻段內(nèi)工作的儀表。4）時已有故障隱患了，到5月6日幅值發(fā)生突變，增大了20多倍，說明此時吐絲機軸承已經(jīng)損壞了。高頻段：位于Ⅱ區(qū)，這個頻段的信號是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動。25Hz是軸承外圈的間隔頻率(理論計算值為92.低頻段升高20倍，使高頻振幅都壓下去了。圖7—9b則是其頻譜圖，該圖不便識別。在滾動軸承故障信號分析中，由于存在著明顯的調(diào)制現(xiàn)象，并在頻譜圖中形成不同族的調(diào)制邊帶。當(dāng)滾動軸承在恒定載荷下運轉(zhuǎn)時如圖7－1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。圖7—2滾動軸承剛度的變化如圖7－1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。我們都知道滾動軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時間變化的），即可診斷出軸承故障。a）出現(xiàn)26#架精軋機錐箱I軸的轉(zhuǎn)動頻率（同時也是該軸軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率）及大量諧波，達5000Hz以上，這是典型的部件松動特征。的變化，而且是一種對稱周期變化，也就是對晚期故障不適應(yīng)。在此例中出現(xiàn)了184.在故障診斷的實踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1、滾動體通過內(nèi)圈頻率?5、滾根據(jù)系統(tǒng)的時域指標監(jiān)測，在12月14日發(fā)現(xiàn)精軋機增速箱南側(cè)時域指標連續(xù)呈黃色警報，到12月15日時域指標報警值大于150變?yōu)榧t色，引起技術(shù)人員的關(guān)注，因此進一步對該設(shè)備進行頻譜分析。實際情況廠方接到報告后，立即組織檢修。開箱后發(fā)現(xiàn)1軸MRC—7126KRD4S軸承損壞。圖7－14破裂的1軸軸承（注：這個診斷報告中將錐箱I軸的轉(zhuǎn)動頻率及大量諧波解釋成典型的部件松動特征，實際是因為軸承破損，造成I軸定心失效所致）因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標。實際情況廠方接35例7-22005年1月5日，宣化鋼鐵公司高速線材軋機的20架出現(xiàn)振動異常。圖7－10為高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖。查20架的頻譜變化過程，見圖7－15、圖7－17、圖7－18。圖7－1512月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅值為0.447m/s2例7-2圖7－1512月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅36圖7-171月2日頻譜圖（錐箱Ⅰ軸轉(zhuǎn)動頻率58Hz的振幅為2.502m/s2圖7-181月4日頻譜圖（錐箱Ⅰ軸轉(zhuǎn)動頻率58Hz的振幅為3.664m/s2圖7-171月2日頻譜圖（錐箱Ⅰ軸轉(zhuǎn)動頻率58Hz的振幅37數(shù)據(jù)分析表7－2數(shù)據(jù)分析表（測量轉(zhuǎn)速1088rpm；推導(dǎo)轉(zhuǎn)速1078.2rpm）從2004年12月28日的頻譜圖到2005年1月4日的頻譜圖，可以看到軸轉(zhuǎn)頻的振幅上升了7倍，而且頻域圖形中出現(xiàn)很多諧波并向上漂起，時域圖形越來越混亂，呈很強的非對稱形態(tài)。由此可以判斷20＃架錐箱Ⅰ軸軸承出現(xiàn)故障．建議：及時更換20#錐箱I軸軸承，以免發(fā)生故障。數(shù)據(jù)分析表7－2數(shù)據(jù)分析表（測量轉(zhuǎn)速1083820#軋機拆檢結(jié)果圖7－19圖7－20圖7－2120#軋機拆檢結(jié)果圖7－19圖7－2039例7-3

2005年12月15日，唐山鋼鐵公司高速線材軋機的增速箱振動異常升高的故障診斷。根據(jù)系統(tǒng)的時域指標監(jiān)測，在12月14日發(fā)現(xiàn)精軋機增速箱南側(cè)時域指標連續(xù)呈黃色警報，到12月15日時域指標報警值大于150變?yōu)榧t色，引起技術(shù)人員的關(guān)注，因此進一步對該設(shè)備進行頻譜分析。圖7－22高線精軋機齒輪箱傳動鏈圖例7-32005年12月15日，唐山鋼鐵公司高速線材軋40頻譜圖分析圖7－23增速箱12月15日時域振動波形

在圖7－23增速箱時域振動波形圖中可以明顯看到高頻沖擊現(xiàn)象，并且相對0位線偏向上方。0位線頻譜圖分析圖7－23增速箱12月15日時域振動波形在41圖7－24增速箱12月15日頻譜圖時域信號有明顯下延結(jié)構(gòu)是沖擊類振動的表現(xiàn)，頻域含有410HZ成份，并伴隨有高階倍頻成份。圖7－24增速箱12月15日頻譜圖時域信號有明顯下延結(jié)構(gòu)是42診斷結(jié)論1、經(jīng)過初步分析該振動成份并非軸與齒輪的故障特征頻率（軸轉(zhuǎn)動頻率小于30HZ，齒輪嚙合頻率大于2000HZ）；2、由于軸承參數(shù)不全，無法計算精確的故障特征頻率，根據(jù)估計值計算有軸承故障可能。在隨后的緊急檢修中，開箱發(fā)現(xiàn)輸出高速軸聯(lián)軸節(jié)端滾動軸承內(nèi)圈斷裂。圖7－25軸承內(nèi)圈斷裂診斷結(jié)論1、經(jīng)過初步分析該振動成份并非軸與齒輪的故障特征43圖7－26吐絲機傳動簡圖7．4滾動軸承故障診斷案例例7-4：2006年6月27日，安陽鋼鐵公司高速線材軋制線上的吐絲機Ⅱ軸發(fā)生軸承碎裂事故，被迫停產(chǎn)檢修。事后檢視在線故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)早在4月13日時域峰值指標狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)發(fā)出紅色警報。圖7－26是吐絲機傳動簡圖。

作為事后調(diào)查，欲對所有故障監(jiān)測指標作一下回顧，以便認識哪些指標對這類故障信息敏感。所以將各項時域監(jiān)測指標列舉分析如下：圖7－26吐絲機傳動簡圖7．4滾動軸承故障診斷案例例44倒頻譜：對于存在調(diào)頻、調(diào)幅現(xiàn)象的信號，其功率譜上會出現(xiàn)周期分量或等間隔的旁瓣，利用倒譜分析方法，對功率譜上的周期分量進行再處理，找出功率譜上不易發(fā)現(xiàn)的問題。(1)吐絲機II軸在初期（3、4月份）有輕微松動故障征兆，實質(zhì)是軸承定心劣化。圖7－5滾動軸承的振動頻譜根據(jù)系統(tǒng)的時域指標監(jiān)測，在12月14日發(fā)現(xiàn)精軋機增速箱南側(cè)時域指標連續(xù)呈黃色警報，到12月15日時域指標報警值大于150變?yōu)榧t色，引起技術(shù)人員的關(guān)注，因此進一步對該設(shè)備進行頻譜分析。由滾動軸承的運動副引起的振動所謂峰值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。4）時已有故障隱患了，到5月25日后吐絲機a35測點峭度又降到5以下，說明此時軸承到已經(jīng)損壞了。在滾動軸承故障信號分析中，由于存在著明顯的調(diào)制現(xiàn)象，并在頻譜圖中形成不同族的調(diào)制邊帶。當(dāng)滾動軸承在恒定載荷下運轉(zhuǎn)時另外，峰值系數(shù)不受振動信號的絕對水平所左右。用有效值來表示故障特征，其特征并不明顯，對于這種形態(tài)異常的故障特征，用峰值比有效值更適用。（0～20）dBN表示軸承狀況良好軸承故障將使軸的空間定位出現(xiàn)波動，當(dāng)軸的工作狀態(tài)處于非重載時，軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值升高，有時還表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頻的2X、3X…5X頻率的振幅升高。25Hz是軸承外圈的間隔頻率(理論計算值為92.或者由于裝配敲擊，而在滾道上造成壓痕。計算的特征頻率值往往十分接近測量數(shù)值，所以在診斷前總是先算出這些值，作為診斷的依據(jù)。圖7－29峭度指標趨勢圖滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征第一類振動是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運動關(guān)軸承零件表面的腐蝕分三種類型。1、時域指標趨勢分析(1)Φ6.5鋼吐絲機a35測點峰值趨勢圖

由圖7－27可見，在2～6月份軋Ф6.5鋼時，吐絲機a35測點時域峰值從4月13日（50m/s2）開始有所上升，到4月25日達到85m/s2，此后到5月6日已達到260m/s2以上，并且到吐絲機軸承出現(xiàn)損壞事故前在線系統(tǒng)一直連續(xù)出現(xiàn)紅色警報（均在200m/s2以上）。圖7－27峰值指標趨勢圖倒頻譜：對于存在調(diào)頻、調(diào)幅現(xiàn)象的信號，其功率譜上會出現(xiàn)周期分45(2)軋Φ6.5鋼吐絲機a35水平測點峰值系數(shù)趨勢圖

由圖7－28可見，在2～6月份軋Ф6.5鋼時，吐絲機a35水平測點峰值系數(shù)在4月13日之前維持在5以下，到4月16日達到10，此后到5月25日之間一直維持在6.5以上，軸承在正常狀態(tài)下的峰值系數(shù)為5左右，說明吐絲機在4月13日時已有故障隱患了，到5月25日后吐絲機a35測點峰值系數(shù)又降到5以下，說明此時軸承到已經(jīng)損壞了。圖7－28峰值系數(shù)趨勢圖(2)軋Φ6.5鋼吐絲機a35水平測點峰值系數(shù)趨勢圖圖7－46(3)軋Φ6.5鋼吐絲機a35測點峭度指標趨勢圖由圖7－29可見，在2～6月份軋Ф6.5鋼時，吐絲機a35測點峭度在4月13日之前維持在5以下，到4月16日達到14，此后到5月25日之間一直維持在6.5以上，軸承在正常狀態(tài)下的峭度為3左右，說明吐絲機在4月13日（9.4）時已有故障隱患了，到5月25日后吐絲機a35測點峭度又降到5以下，說明此時軸承到已經(jīng)損壞了。由以上分析可見，從峰值、峰值系數(shù)、峭度三個時域指標都可看出吐絲機軸承在4月13日時已有故障隱患了，在5月初到5月25日是軸承逐漸損壞時期，若在這個時期能夠?qū)ν陆z機進行必要的檢查，就可避免6月27日軸承碎裂事故的發(fā)生。圖7－29峭度指標趨勢圖(3)軋Φ6.5鋼吐絲機a35測點峭度指標趨勢圖圖7－29472、頻域指標趨勢分析軋Φ6.5鋼吐絲機II軸軸頻幅值趨勢圖

由圖7－30可見，在2～6月份軋Ф6.5鋼時，吐絲機II軸轉(zhuǎn)動頻率的幅值在4月24日之前維持在0.25m/s2以下，4月24日開始上升，達到0.4m/s2，到5月6日達到9.659m/s2，此后到6月27日之間一直維持在8.5m/s2以上，6月6日最高達到30.82m/s2，說明吐絲機在4月24日（0.4）時已有故障隱患了，到5月6日幅值發(fā)生突變，增大了20多倍，說明此時吐絲機軸承已經(jīng)損壞了。圖7－30II軸軸頻幅值趨勢圖2、頻域指標趨勢分析軋Φ6.5鋼吐絲機II軸軸頻幅值趨勢圖483、譜圖分析(1)a35測點正常時的時域波形及頻譜圖（軋Φ6.5鋼）圖7－31(a)

吐絲機06年3月9日19：00時域波形圖3、譜圖分析(1)a35測點正常時的時域波形及頻譜圖（軋Φ649圖7－31(b)

吐絲機06年3月9日19：00頻域波形圖圖7－31(b)吐絲機06年3月9日19：00頻域波形圖50特征頻率表1特征頻率表1（圖7－31軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：1071r/min）吐絲機a35測點譜圖數(shù)據(jù))

圖7－31顯示為吐絲機3月9日19：00的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率的振幅為0.151m/s2，并且II軸軸頻的2、5、7倍頻的振幅較為突出（見特征頻率表1），這時II軸已有輕微松動故障了。由于振幅相對很低，不易看出。特征頻率表1特征頻率表1（圖7－31軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速51(2)．a(chǎn)35測點峰值明顯上升時的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.5鋼)圖7－32(a)

吐絲機06年4月25日4：00時域波形圖(2)．a(chǎn)35測點峰值明顯上升時的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.52圖7－32(b)

吐絲機06年4月25日4：00頻域波形圖圖7－32(b)吐絲機06年4月25日4：00頻域波形圖53特征頻率表2特征頻率表2（圖7－32軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：1052r/min）吐絲機a35測點譜圖數(shù)據(jù))

圖7－32顯示為吐絲機4月25日4：00的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率的振幅為0.386m/s2，并且II軸軸頻的2、5、7倍頻幅值較為突出（見特征頻率表2），與3月9日波形圖相比，II軸（高速軸）軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅上升了2倍多，且II軸轉(zhuǎn)動頻率的2、5、7倍頻幅值也相對上升了，表明吐絲機II軸松動故障在逐漸加重。特征頻率表2特征頻率表2（圖7－32軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：54(3)．a(chǎn)35測點峰值上升非常大時的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.5鋼)圖7－33吐絲機06年5月6日10：00時域和頻域波形圖(3)．a(chǎn)35測點峰值上升非常大時的時域波形及頻譜圖(軋Φ655特征頻率表3特征頻率表3（圖7－33軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：1063r/min）吐絲機a35測點譜圖數(shù)據(jù))圖7－33顯示為吐絲機5月6日10：00的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率的振幅為9.659m/s2，并伴有II軸轉(zhuǎn)動頻率的2、3倍頻振幅較為突出（見特征頻率表3），與4月25日波形圖相比，II軸（高速軸）軸轉(zhuǎn)動頻率振幅上升了20多倍，且II軸轉(zhuǎn)動頻率的2、3倍頻振幅也相對上升了，表明吐絲機II軸上軸承已經(jīng)損壞了。這個時間距軸承破碎還有40多天，而且頻譜圖上已有極明顯的故障征兆。低頻段升高20倍，使高頻振幅都壓下去了。在此期間處理，完全可以避免事故發(fā)生。特征頻率表3特征頻率表3（圖7－33軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：56(4)．吐絲機軸承碎裂當(dāng)天的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.5鋼)圖7－34吐絲機06年6月27日06：51時域和頻域波形圖(4)．吐絲機軸承碎裂當(dāng)天的時域波形及頻譜圖(軋Φ6.5鋼)57特征頻率表4特征頻率表4（圖7－34軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速：1084r/min吐絲機a35測點譜圖數(shù)據(jù))圖7－34顯示為吐絲機6月27日06：51的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率幅值為15.201m/s2,比5月9日幅值又有所上升，說明吐絲機II軸軸承已嚴重損壞，從而導(dǎo)致II軸軸頻幅值持續(xù)上升。特征頻率表4特征頻率表4（圖7－34軋φ6.5鋼時轉(zhuǎn)速584、診斷結(jié)論1、根據(jù)以上分析，一煉軋廠吐絲機有以下兩方面的故障征兆。

(1)吐絲機II軸在初期（3、4月份）有輕微松動故障征兆，實質(zhì)是軸承定心劣化。(2)吐絲機II軸兩端的軸承有損傷。2、吐絲機II軸有松動的故障特征，是由于在頻域圖中II軸轉(zhuǎn)頻(基頻)及其2、5、7倍頻幅值在2、3月份較小，到4、5月份都有較大增長，與松動故障很吻合，尤其在軋小規(guī)格鋼(10mm鋼以下)時候更為突出。3、吐絲機II軸兩端的軸承有損傷是由于在時域指標中峰值系數(shù)和峭度指標2、3月份都屬于正常范圍內(nèi)，到4、5月份上升了幾倍甚至十幾倍，已遠遠超出了軸承正常運行的技術(shù)狀態(tài)。4、吐絲機II軸兩端的軸承損壞，表現(xiàn)為軸承在早期（3、4月份）與II軸之間配合間隙大而引起II軸出現(xiàn)松動故障，后期（5、6月份）軸承損壞主要表現(xiàn)為II軸轉(zhuǎn)動頻率振幅很高，而其3、5、7倍頻幅值不再突出，頻譜圖與3、4月份明顯不同。4、診斷結(jié)論1、根據(jù)以上分析，一煉軋廠吐絲機有以下兩方面的故59圖7－1226架通頻振動有效值趨勢圖在故障診斷的實踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1、滾動體通過內(nèi)圈頻率?5、滾圖7－4滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形Hz由于這些振動具有更強的能量，軸承早期缺陷所激發(fā)的微弱周期性脈沖信號往往淹沒在這些強振信號中，給在線故障監(jiān)測系統(tǒng)帶來困難，但是，滾動軸承故障在低頻段的特征還是可以得到的。根據(jù)系統(tǒng)的時域指標監(jiān)測，在12月14日發(fā)現(xiàn)精軋機增速箱南側(cè)時域指標連續(xù)呈黃色警報，到12月15日時域指標報警值大于150變?yōu)榧t色，引起技術(shù)人員的關(guān)注，因此進一步對該設(shè)備進行頻譜分析。c）時域趨勢圖從27日的22.659m/s2，此后到6月27日之間一直維持在8.低頻段升高20倍，使高頻振幅都壓下去了。5）當(dāng)時的診斷結(jié)論與處理建議時域信號有明顯下延結(jié)構(gòu)是沖擊類振動的表現(xiàn)，頻域含有410HZ成份，并伴隨有高階倍頻成份。因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報信息。所以將各項時域監(jiān)測指標列舉分析如下：例如，圖7－8a，是一個外環(huán)有劃傷的軸承頻譜圖，明顯看出其頻譜中有較大的周期成分，其基頻為184.如圖7－1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。實現(xiàn)包絡(luò)檢波的方法有多種，常用的有兩種方法：希爾伯特(Hilbett)變換法和檢波濾波法。滾動軸承內(nèi)出現(xiàn)剝落等缺陷，滾動7．4滾動軸承故障診斷案例滾動軸承的特征頻率(即接觸激發(fā)的基頻)，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。雖然這種脈沖是以T為周期，但在頻譜上卻直接反映不出對應(yīng)的頻率1／T成分。5、從在線監(jiān)測系統(tǒng)的時域和頻域兩方面都能表明吐絲機II軸上軸承損壞的漸變過程。綜合此事件所獲得的經(jīng)驗：當(dāng)峭度指標異常升高，軸的轉(zhuǎn)動頻率振幅也有很大的增加，同時出現(xiàn)轉(zhuǎn)動頻率的高階次諧頻。這些條件綜合起來，就是滾動軸承故障的判定條件。附圖：軸承（型號10284776）損壞照片如下：圖7－35、軸承內(nèi)外圈損壞照片圖7－36、吐絲機II高速軸圖7－1226架通頻振動有效值趨勢圖5、從在線監(jiān)測系統(tǒng)的60機械故障診斷技術(shù)滾動軸承故障診斷機械故障診斷技術(shù)滾動軸承故障診斷617．1滾動軸承的失效形式1.滾動軸承的磨損失效磨損是滾動軸承最常見的一種失效形式。在滾動軸承運轉(zhuǎn)中，滾動體和套圈之間均存在滑動，這些滑動會引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時，則形成嚴重的磨料磨損，使之更為加劇。另外，由于振動和磨料的共同作用，對于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動軸承，會在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑，即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運行中引起的相對運動，又會造成軸承座孔或軸徑的磨損。當(dāng)磨損量較大時，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動增大。7．1滾動軸承的失效形式1.滾動軸承的磨損失效622.滾動軸承的疲勞失效

在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。因為脫落的碎片被滾壓在其余部分滾道上，并給那里造成局部超載荷而進一步使?jié)L道損壞。 軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。2.滾動軸承的疲勞失效633.滾動軸承的腐蝕失效

軸承零件表面的腐蝕分三種類型。 a.化學(xué)腐蝕，當(dāng)水、酸等進入軸承或者使用含酸的潤滑劑，都會產(chǎn)生這種腐蝕。 b.電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。 c.微振腐蝕，為軸承套圈在機座座孔中或軸頸上的微小相對運動所至。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色（Fe2O3）或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點。3.滾動軸承的腐蝕失效644.滾動軸承的塑變失效

壓痕主要是由于滾動軸承受負荷后，在滾動體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。載荷過大時會在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外，若裝配不當(dāng)，也會由于過載或撞擊造成表面局部凹陷。或者由于裝配敲擊，而在滾道上造成壓痕。5.滾動軸承的斷裂失效

造成軸承零件的破斷和裂紋的重要原因是由于運行時載荷過大、轉(zhuǎn)速過高、潤滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，也有的是由于磨削或熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的。4.滾動軸承的塑變失效656.滾動軸承的膠合失效滑動接觸的兩個表面，當(dāng)一個表面上的金屬粘附到另一個表面上的現(xiàn)象稱為膠合。 對于滾動軸承，當(dāng)滾動體在保持架內(nèi)被卡住或者潤滑不足、速度過高造成摩擦熱過大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過小，熱膨脹引起滾動體與內(nèi)外圈擠壓，致使在軸承的滾道中產(chǎn)生膠合和剝落。6.滾動軸承的膠合失效667．2滾動軸承的振動機理與信號特征

引起滾動軸承振動的因素很多。有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。如圖7－1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。圖7－1滾動軸承振動的時域信號

(a)新軸承的振動波形(b)表面劣化后的軸承振動波形7．2滾動軸承的振動機理與信號特征引起滾動軸承振動的67圖7－10高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖圖7－34顯示為吐絲機6月27日06：51的時域和頻域波形圖，吐絲機II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動頻率幅值為15.滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征軸上的齒輪等零件的振動也會受到軸承振動的影響，導(dǎo)致自身的振動出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象。它的優(yōu)勢在于能提供早期的故障預(yù)報。峭度指標Cq對信號中的沖擊特征很敏感，正常情況下其值應(yīng)該在3左右，如果這個值接近4或超過4，則說明機械的運動狀況中存在沖擊性振動。35Hz，在此看出，倒頻譜反映出的故障頻率與理論幾乎完全一致。針對不同的信號所處頻段，需采用不同的信號拾取方式。這個時間距軸承破碎還有40多天，而且頻譜圖上已有極明顯的故障征兆。或者由于裝配敲擊，而在滾道上造成壓痕。35Hz及內(nèi)圈故障頻率為26.隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。所產(chǎn)生的振動，既是隨機的，又含有滾動體的傳輸振動，其主要頻率成分為滾動軸承的特征頻率。圖7—9c是其倒頻譜，明顯看出有106Hz及26.因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報信息。圖(c)為振蕩波經(jīng)過絕對值處理后留下了對應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號，在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線。圖7－24增速箱12月15日頻譜圖在沖擊脈沖技術(shù)中，所測信號振幅的計量單位是dB。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。我們都知道滾動軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時間變化的），即可診斷出軸承故障。1.軸承剛度變化引起的振動

當(dāng)滾動軸承在恒定載荷下運轉(zhuǎn)時(如圖7—2)，由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決定，使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周期性變化。如滾動體與外圈的接觸點的變化，使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期的變化，而且是一種對稱周期變化，從而使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的特征。由此便產(chǎn)生了分數(shù)諧波振動。此外，當(dāng)滾動體處于載荷下非對稱位置時，轉(zhuǎn)軸的中心不僅有垂直方向的，而且還有水平方向的移動。這類參數(shù)的變化與運動都將引起軸承的振動，也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動，滾動體通過徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。這樣在滾動軸承運轉(zhuǎn)時，由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動體產(chǎn)生的激振力及系統(tǒng)存在非線性，便產(chǎn)生多次諧波振動并含有分諧波成分，不管滾動軸承正常與否，這種振動都要發(fā)生。圖7—2滾動軸承剛度的變化圖7－10高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖1.軸承剛度變化引起682.由滾動軸承的運動副引起的振動當(dāng)軸承運轉(zhuǎn)時，滾動體便在內(nèi)外圈之間滾動。軸承的滾動表面雖加工得非常平滑，但從微觀來看，仍高低不平，特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑剝時，高低不平的情況更為嚴重。滾動體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動，既是隨機的，又含有滾動體的傳輸振動，其主要頻率成分為滾動軸承的特征頻率。滾動軸承的特征頻率(即接觸激發(fā)的基頻)，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。計算的特征頻率值往往十分接近測量數(shù)值，所以在診斷前總是先算出這些值，作為診斷的依據(jù)。2.由滾動軸承的運動副引起的振動69滾動軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時）1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1：

Hz2)保持架旋轉(zhuǎn)頻率?2：3）滾動體自轉(zhuǎn)頻率?3：4）保持架過內(nèi)圈頻率?4：5）滾動體通過內(nèi)圈頻率?5：6）滾動體通過外圈頻率?6：

式中，n—內(nèi)圈轉(zhuǎn)速(r/min)，z—滾動體個數(shù)在故障診斷的實踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1、滾動體通過內(nèi)圈頻率?5、滾動體通過外圈頻率?6對表面缺陷有較高的敏感度，是重要的參照指標。圖7—3向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定）滾動軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時）1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻70圖7－4滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形3.滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征

滾動軸承內(nèi)出現(xiàn)剝落等缺陷，滾動體以較高的速度從缺陷上通過時，必然激發(fā)兩種性質(zhì)的振動。見圖7－4，第一類振動是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運動關(guān)

系為特征的振動，表現(xiàn)為沖擊振動的周

期性；第二類振動是被激發(fā)的以軸承元件固有頻

率的衰減振蕩，表現(xiàn)為每一個脈沖的衰

減振蕩波。軸承元件的固有頻率取決于本身的材料、結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量，根據(jù)某些資料介紹，軸承元件的固有頻率在20K～60KHz的頻率段。因此,有些軸承診斷儀，就針對這一特點進行信號分析處理，在這一頻段內(nèi)工作的儀表。圖7－4滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形3.滾動軸承的早期71利用低頻段信號診斷軸承故障的要點軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的頻率與軸承結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相聯(lián)系，處于振動信號的低頻段內(nèi)，在這個頻段內(nèi)還有軸的振動、齒輪的嚙合振動等各種零件的振動。由于這些振動具有更強的能量，軸承早期缺陷所激發(fā)的微弱周期性脈沖信號往往淹沒在這些強振信號中，給在線故障監(jiān)測系統(tǒng)帶來困難，但是，滾動軸承故障在低頻段的特征還是可以得到的。因為滾動軸承在機器設(shè)備中的作用是支撐傳動軸的旋轉(zhuǎn)，所以滾動軸承故障所激發(fā)的振動必然對軸及軸上的機械零件產(chǎn)生影響。對于轉(zhuǎn)軸上的零件為齒輪等非轉(zhuǎn)子類零件的軸而言，其動不平衡量是不隨時間變化的。滾動軸承影響到軸的空間定位，軸承故障將使軸的空間定位出現(xiàn)波動，當(dāng)軸的工作狀態(tài)處于非重載時，軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值升高，有時還表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頻的2X、3X…5X頻率的振幅升高。這種情況往往預(yù)示著滾動軸承出現(xiàn)早期故障。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值再次降低時，滾動軸承故障已進入晚期，到了必需更換的程度。利用低頻段信號診斷軸承故障的要點軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的727．3滾動軸承信號分析方法

軸承故障信號的拾取實際上是傳感器及安裝部位和感應(yīng)頻率段的選擇。傳感器的安裝部位往往選擇軸承座部位，并按信號傳動的方向選擇垂直、水平、軸向布置。這里距故障信號源最近，傳輸損失最小，也是軸、齒輪等故障信號傳輸路徑必經(jīng)的最近位置。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。 由于軸的空間位置波動，也必然影響齒輪等零件的振動。滾動軸承故障在某種條件下（如輕載、空載）也會在齒輪嚙合頻率的振幅升高中反映出來。因此其特征為齒輪嚙合頻率的邊頻很微弱，幾乎看不見。7．3滾動軸承信號分析方法軸承故障信號的拾取實際上是73圖7－5滾動軸承的振動頻譜傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇軸承故障信號分布的頻段

傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇，如圖7－5所示，這是一個航空軸承通過故障實驗得到的頻譜圖。軸承的故障信號分布在3個頻段，即圖中陰影部分。圖7－5滾動軸承的振動頻譜傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇軸承故74a).低頻段：在8kHz以下，滾動軸承中與結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相聯(lián)系的故障信號在這個頻率段，少數(shù)高速滾動軸承的信號頻段能延展到B點以外。因為軸的故障信號、齒輪的故障信號也在這個頻段，因而這也是絕大部分在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)所監(jiān)測的頻段。b).高頻段：位于Ⅱ區(qū)，這個頻段的信號是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動。c).超高頻段：位于Ⅲ區(qū)，它們是軸承內(nèi)微裂紋擴張所產(chǎn)生的聲發(fā)射超聲波信號。a).低頻段：在8kHz以下，滾動軸承中與結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相75信號拾取方式：針對不同的信號所處頻段，需采用不同的信號拾取方式。a)監(jiān)測低頻段的信號，通常采用加速度傳感器，由于同時也要拾取其它零件的故障信號，因此采用通用的信號處理電路（儀器）。b)監(jiān)測高頻段的信號，其目的是要獲取唯一的軸承故障信號，采用自振頻率在25～30KHz的加速度傳感器，利用加速度傳感器的共振效應(yīng)，將這個頻段的軸承故障信號放大，再用帶通濾波器將其它頻率的信號（主要是低頻信號）濾除，獲得唯一的軸承故障信號。c)監(jiān)測超高頻段的信號，則采用超聲波傳感器，將聲發(fā)射信號檢出并放大。儀表統(tǒng)計單位時間內(nèi)聲發(fā)射信號的頻度和強度，一旦頻度或強度超過某個報警限，則判定軸承故障。信號拾取方式：76滾動軸承故障信號分析方法1．有效值與峰值判別法有效值：滾動軸承振動信號的有效值反映了振動的能量大小，當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后，其振動必然增大。因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標。峰值：有效值指標對具有瞬間沖擊振動的異常是不適用的。因為沖擊波峰的振幅大，并且持續(xù)時間短。用有效值來表示故障特征，其特征并不明顯，對于這種形態(tài)異常的故障特征，用峰值比有效值更適用。2．峰值系數(shù)法

所謂峰值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。 用峰值系數(shù)進行診斷的最大特點，是由于它的值不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負荷的影響。正常時，滾動軸承的峰值系數(shù)約為5，當(dāng)軸承有故障時，可達到幾十。軸承正常、異常的判定可以很方便判別。另外，峰值系數(shù)不受振動信號的絕對水平所左右。測量系統(tǒng)的靈敏度即使變動，對示值也不會產(chǎn)生多大影響。滾動軸承故障信號分析方法1．有效值與峰值判別法773．峭度指標法峭度指標Cq反映振動信號中的沖擊特征。峭度指標Cq

峭度指標Cq對信號中的沖擊特征很敏感，正常情況下其值應(yīng)該在3左右，如果這個值接近4或超過4，則說明機械的運動狀況中存在沖擊性振動。*當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時，有效值變化不大，但峭度指標值已經(jīng)明顯增加，達到數(shù)十甚至上百，非常明顯。它的優(yōu)勢在于能提供早期的故障預(yù)報。*當(dāng)軸承故障進入晚期，由于剝落斑點充滿整個滾道，峭度指標反而下降。也就是對晚期故障不適應(yīng)。3．峭度指標法784．沖擊脈沖法（SPM）

沖擊脈沖法是利用軸承故障所激發(fā)的軸承元件固有頻率的振動信號，經(jīng)加速度傳感器的共振放大、帶通濾波及包絡(luò)檢波等信號處理，所獲得的信號振幅正比于沖擊力的大小。在沖擊脈沖技術(shù)中，所測信號振幅的計量單位是dB。測到的軸承沖擊dBi值與軸承基準值dB0相減（dB0是良好軸承的測定值）。dBN=dBi－dB0沖擊脈沖計的刻度就是用dBN值表示的。軸承的狀況分為三個區(qū)：（0～20）dBN表示軸承狀況良好（20～35）dBN表示軸承狀況已經(jīng)劣化，屬發(fā)展中的損傷期（35～60）dBN表示軸承已經(jīng)存在明顯的損傷。4．沖擊脈沖法（SPM）79圖7—6共振解調(diào)法的信號變換過程5．共振解調(diào)法

共振解調(diào)法也稱為包絡(luò)檢波頻譜分析法，是目前滾動軸承故障診斷中最常用的方法之一。共振解調(diào)法的基本原理可用圖7—6所示信號變換過程中的波形特征來說明。圖(a)為理想的故障微沖擊脈沖信號F(t)（原始脈沖波），它在時域上的脈寬極窄，幅值很小，而脈沖的頻率成分很豐富。雖然這種脈沖是以T為周期，但在頻譜上卻直接反映不出對應(yīng)的頻率1／T成分。圖7—6共振解調(diào)法的信號變換過程5．共振解調(diào)法80圖(b)是脈沖信號由傳感器接收后，經(jīng)過電子高頻諧振器諧振，產(chǎn)生的一組組共振響應(yīng)波。這是一種振幅被放大了的高頻自由衰減振蕩波，振蕩頻率就是諧振器的諧振頻率?n(?n=1/Tn)，它的最大振幅與故障沖擊的強度成正比，而且每組振蕩波在時域上得到了展寬，振蕩波的重復(fù)頻率與故障沖擊的重復(fù)頻率相同。圖(c)為振蕩波經(jīng)過絕對值處理后留下了對應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號，在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線。圖(d)為對圖(c)所示振蕩波再進行包絡(luò)檢波處理后的波形，也就是取振蕩波形的包絡(luò)線。這個包絡(luò)波形就把高頻成分和其他機械干擾頻率剔除掉了，成為純低頻的周期波，波的周期T仍與原始沖擊頻率相對應(yīng)圖(e)為將圖(d)所示的純低周期包絡(luò)波作為新的振動波形進行頻譜分析，獲得明顯的沖擊頻率及其諧波成分的頻譜分析圖。圖(b)是脈沖信號由傳感器接收后，經(jīng)過電子高頻諧振器諧振，產(chǎn)81特征頻率表3（圖7－33軋φ6.有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。率的衰減振蕩，表現(xiàn)為每一個脈沖的衰高頻段：位于Ⅱ區(qū)，這個頻段的信號是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動。特征頻率表3（圖7－33軋φ6.59Hz)及2倍頻(117.電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。圖7—7(b)為經(jīng)過包絡(luò)檢波后的頻譜圖，清楚地顯示出故障的特征頻率，其中91.在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。圖7－1512月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅值為0.b）29日時域信號發(fā)生嚴重畸變，30日時域信號完全紊亂；4）保持架過內(nèi)圈頻率?4：該軸承的實際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有一處疲勞剝落。圖7—3向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖59Hz的振幅已經(jīng)超過10m/s2；2、由于軸承參數(shù)不全，無法計算精確的故障特征頻率，根據(jù)估計值計算有軸承故障可能。材料、結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量，根據(jù)某些資料軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。由于振幅相對很低，不易看出。*當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時，有效值變化不大，但峭度指標值已經(jīng)明顯增加，達到數(shù)十甚至上百，非常明顯。圖7－7兩種信號處理方法比較例：共振解調(diào)法（包絡(luò)檢波頻譜分析法）實現(xiàn)包絡(luò)檢波的方法有多種，常用的有兩種方法：希爾伯特(Hilbett)變換法和檢波濾波法。圖7—7為204型軸承加了30N軸向力，在試驗裝置上進行測試分析的結(jié)果。圖7—7(a)為原信號直接用低頻信號接收法得到的頻譜，圖中譜峰密集，較難尋找出故障的特征頻率。圖7—7(b)為經(jīng)過包絡(luò)檢波后的頻譜圖，清楚地顯示出故障的特征頻率，其中91.25Hz是軸承外圈的間隔頻率(理論計算值為92.5Hz)，145Hz、290Hz和436Hz是內(nèi)圈的間隔頻率及其諧波。該軸承的實際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有一處疲勞剝落。特征頻率表3（圖7－33軋φ6.圖7－7兩種信號處理方法826．頻譜分析法將低頻段測得振動信號，經(jīng)低通抗疊混濾波器后，進行FFT快速富里葉變換，得到頻譜圖。根據(jù)滾動軸承的運動關(guān)系式計算得到各項特征頻率，在頻譜圖中找出、觀察其變化，從而判別故障的存在與部位。需要說明的是，各種特征頻率都是從理論上推導(dǎo)出來的，而實際上，由于軸承的各幾何尺寸會有誤差，加上軸承安裝后的變形、FFT計算誤差等因素，使得實際的頻率與計算所得的頻率會有某些出入，所以在頻譜圖上尋找各特征頻率時，需在計算的頻率值上找其近似的值來作診斷。6．頻譜分析法83圖7－8故障軸承與完好軸承的頻譜圖對比a)故障軸承

b)完好軸承例如，圖7－8a，是一個外環(huán)有劃傷的軸承頻譜圖，明顯看出其頻譜中有較大的周期成分，其基頻為184.2Hz。圖7—8b是與該軸承同型號的完好軸承的頻譜圖。通過比較可以看出，當(dāng)出現(xiàn)故障后頻譜圖上有較高階諧波。在此例中出現(xiàn)了184.2Hz的5階諧波。且在736.9Hz上出現(xiàn)了諧波共振現(xiàn)象。需要指出的是，圖7－8是一個在實驗室作出的圖形。實際工業(yè)現(xiàn)場的信號是極復(fù)雜的，包含了諸多軸、齒輪等強振信號，而滾動軸承的故障信號因為強度太小，而被淹沒。只有機構(gòu)相對簡單的機械（如低轉(zhuǎn)速的水泵）才能復(fù)現(xiàn)與圖7－8相似的頻譜圖。圖7－8故障軸承與完好軸承的頻譜圖對比例如，圖7－8a，是84

滾動軸承原故障信號弱，并不意味常規(guī)的FFT信號分析技術(shù)對滾動軸承的故障診斷束手無策。我們都知道滾動軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時間變化的），即可診斷出軸承故障。軸上的齒輪等零件的振動也會受到軸承振動的影響，導(dǎo)致自身的振動出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象。滾動軸承原故障信號弱，并不意味常規(guī)的FFT信號分析技術(shù)857．倒頻譜分析法對于