機(jī)械故障診斷—第五章 滾動(dòng)軸承的故障診斷.ppt

1、第一節(jié) 滾動(dòng)軸承的失效形式及振動(dòng)機(jī)理 一、概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械是設(shè)備故障診斷工作的重點(diǎn)，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有相當(dāng)大的比例與滾動(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，由此可見(jiàn) 故障診斷工作的重要性。 最初的軸承故障診斷是利用聽(tīng)棒，靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷。這種方法至今仍然在沿用，其中的一部分已改進(jìn)為電子聽(tīng)診器，訓(xùn)練有素的人憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)芘袛喑鰟倓偘l(fā)生的疲勞剝落，有時(shí)甚至能辨別出損傷的位置，但畢竟影響因素較多，可靠性差。 后來(lái)出現(xiàn)了各種測(cè)振儀，用振動(dòng)位移、速度和加速度的均方根值或峰值來(lái)判斷軸承有無(wú)故障，這樣減少了監(jiān)測(cè)人員對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)性，提高了監(jiān)測(cè)診斷的準(zhǔn)確性，但仍然很

2、難在故障初期及時(shí)作出診斷。 1966年，全球主要滾動(dòng)軸承生產(chǎn)商之一，瑞典SKF公司發(fā)明了沖擊脈沖儀（Shock Pulse Meter），將滾動(dòng)軸承的故障診斷水平提高了一個(gè)檔次。 1976年，日本新日鐵株式會(huì)社研制了MCV系列機(jī)器檢測(cè)儀（Machine Checker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。同時(shí)推出的還有油膜檢查儀，利用超聲波或高頻電流對(duì)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探測(cè)油膜是否破裂，是否發(fā)生金屬間直接接觸。 隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的深入研究，對(duì)于軸承振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類(lèi)型的關(guān)系有了比較清楚的了解。加之快速傅里葉變換技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了用頻

3、域分析方法來(lái)檢測(cè)和診斷軸承故障的新領(lǐng)域。其中最具有代表性的有對(duì)鋼球共振頻率的研究，對(duì)軸承圈自由共振頻率的研究，對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)和缺陷、尺寸不均勻及磨損之間關(guān)系的研究。許多信號(hào)分析處理技術(shù)也用于滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，使?jié)L動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)不斷向前發(fā)展。,二、滾動(dòng)軸承故障的主要失效形式與原因 典型的滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成，如圖5.1所示。在多數(shù)情況下是內(nèi)圈隨軸旋轉(zhuǎn)而外圈不動(dòng)，但也有外圈旋轉(zhuǎn)、內(nèi)圈不轉(zhuǎn)或內(nèi)外圈分別按不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)等使用情況。,圖5.1 滾動(dòng)軸承（球軸承）結(jié)構(gòu)圖,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

4、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。 1疲勞剝落 滾動(dòng)軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體表面既要承受載荷又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應(yīng)力處）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，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。 疲勞剝落會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊載荷，振動(dòng)和噪聲加劇。通常情況下，疲勞剝落往往是滾動(dòng)軸承失效的主要原因，一般所說(shuō)的軸承壽命就是指的軸承的疲勞壽命，軸承的壽命試驗(yàn)就是疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，在滾道或滾動(dòng)體上出現(xiàn)面積為0.

5、5mm2的疲勞剝落坑就認(rèn)為軸承壽命的終結(jié)。滾動(dòng)軸承的疲勞壽命分散性很大，同一批軸承中，其最高壽命與最低壽命可以相差幾十倍乃至上百倍，這也從另一個(gè)角度說(shuō)明了滾動(dòng)軸承故障監(jiān)測(cè)的重要性。,銹蝕,軸承在潮濕空氣中存放，而沒(méi)有足夠的保護(hù)措施，使軸承的外圈滾道、內(nèi)圈滾道及滾子表面出現(xiàn)了銹蝕,軸承的正常失效形式是疲勞。圖示為內(nèi)圈的典型疲勞失效。與潤(rùn)滑或磨損失效的圖片比較，該內(nèi)圈顯然具有良好的負(fù)荷條件，疲勞失效時(shí)在兩條滾子路徑上負(fù)荷區(qū)具有相等的弧長(zhǎng)。,疲勞,2磨損 由于塵埃、異物的侵入，滾道和滾動(dòng)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起表面磨損，潤(rùn)滑不良也會(huì)加劇磨損，磨損的結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因

6、而也降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，振動(dòng)及噪聲也隨之增大。 此外，還有一種微振磨損。在軸承不旋轉(zhuǎn)的情況下，由于振動(dòng)的作用，滾動(dòng)體和滾道接觸面間有微小的、反復(fù)的相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生磨損，在滾道表面上形成振紋狀的磨痕。 3塑性變形 當(dāng)軸承受到過(guò)大的沖擊載荷或靜載荷時(shí)，或因熱變形引起額外的載荷，或有硬度很高的異物侵入時(shí)都會(huì)在滾道表面形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)進(jìn)一步引起附近表面的剝落。 4銹蝕 銹蝕是滾動(dòng)軸承最嚴(yán)重的問(wèn)題之一，高精度的軸承可能會(huì)由于表面銹蝕導(dǎo)致精度喪失而不能繼續(xù)工作。水分或酸、堿性物質(zhì)直接侵入會(huì)引起軸承銹蝕。當(dāng)軸承停止工作后，軸承

7、溫度下降達(dá)到露點(diǎn)，空氣中水分凝結(jié)成水滴附在軸承表面上也會(huì)引起銹蝕。此外，當(dāng)軸承內(nèi)部有電流通過(guò)時(shí)，電流有可能通過(guò)滾道和滾動(dòng)體上的接觸點(diǎn)處，很薄的油膜引起電火花而產(chǎn)生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。 5斷裂 過(guò)高的載荷可能會(huì)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。,6膠合 在潤(rùn)滑不良、高速重載的情況下工作時(shí)，由于磨擦發(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。所謂膠合就是指一個(gè)零件表面上的金屬粘附到另一個(gè)零部件表面上的現(xiàn)象。 7保持架損壞 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)體之間的磨擦，甚至使

8、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)生磨擦等。這一損傷會(huì)進(jìn)一步使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致造成損壞。 三、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)可由外部振源引起，也可由軸承本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及缺陷引起。此外，潤(rùn)滑劑在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的流體動(dòng)力也可以是振動(dòng)源。上述振源施加于軸承零件及附近的結(jié)構(gòu)件上時(shí)都會(huì)激勵(lì)起振動(dòng)。 通常，軸的旋轉(zhuǎn)速度越高，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)頻率就越高。因此，軸承所產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)所有的軸承來(lái)說(shuō)沒(méi)有一個(gè)共同的特定頻率；即使對(duì)一個(gè)特定的軸承，當(dāng)產(chǎn)生異常時(shí)，也不會(huì)只發(fā)生單一頻率的振動(dòng)。,1,滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率,滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，由于滾動(dòng)

9、體與內(nèi)圈或外圈之間的沖擊而產(chǎn)生的振動(dòng)稱(chēng)為固有振動(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)，而與軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。,鋼球的固有頻率為,（,5.1,）,其中,r,為鋼球的半徑（,m,），,為材料密度（,kg/m,3,）,E,為鋼球的彈性模量（,N/m,2,）,當(dāng)滾動(dòng)軸承為鋼材時(shí)，其內(nèi)外圈的固有頻率可用下式計(jì)算：,（,5.2,）,其中,h,為圓環(huán)的厚度（,mm,），,D,為圓環(huán)中性軸的直徑（,m,），,n,為振動(dòng)階數(shù)（變形波數(shù)見(jiàn)圖,5.2,所示）,n,= 2,，,3,，。,圖5.2 滾動(dòng)軸承套圈徑向彎曲振動(dòng)振型示意圖,2滾動(dòng)軸承的缺陷特征頻率 為了便于推導(dǎo)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)元件缺陷的特征頻率，現(xiàn)

10、作如下假設(shè)： 滾動(dòng)體與滾道之間無(wú)滑動(dòng)接觸； 每個(gè)滾動(dòng)體直徑相同，且均勻分布在內(nèi)外滾道之間； 徑向、軸向受載荷時(shí)各部分無(wú)變形。 這里我們只討論不受軸向力時(shí)的軸承缺陷特征頻率。,例5.1 求外圈固定，內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果外圈上有一缺陷點(diǎn)，求滾動(dòng)體滾過(guò)該缺陷時(shí)的特征頻率？,圖5.3 滾動(dòng)軸承元件的運(yùn)動(dòng)分析,解：先求單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于外圈的旋轉(zhuǎn)頻率。,從圖,5.3,中可知，內(nèi)圈滾道的切線(xiàn)速度為,（,5.3,）,其中，,f,n,為軸的旋轉(zhuǎn)頻率,f,n,N/60,，,N,為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，,r/min,。,因?yàn)闈L動(dòng)體滾而不滑，所以滾動(dòng)體與內(nèi)圈滾道接觸點(diǎn),A,的速度為,V,A,=,V,i,又因外圈固定，

11、所以滾動(dòng)體與外圈滾道接觸點(diǎn),D,的速度為,V,D,0,而滾動(dòng)體中心,B,的速度（即保持架的速度）為,（,5.4,）,單個(gè)滾動(dòng)體（或保持架）相對(duì)于外圈的旋轉(zhuǎn)頻率為,（,5.5,）,其中,l,m,為滾道節(jié)圓周長(zhǎng)。,如果外圈滾道上某處有一缺陷時(shí)，則,Z,個(gè)滾動(dòng)體滾過(guò)該缺陷時(shí)的頻率為,（,5.6,）,如果內(nèi)圈上有一處缺陷點(diǎn)時(shí)，,Z,個(gè)滾動(dòng)體滾過(guò)該缺陷時(shí)的特征頻率為,（,5.7,）,如果滾動(dòng)體上某處有缺陷時(shí)的特征頻率。如果該滾動(dòng)體每自轉(zhuǎn)一周只沖擊,內(nèi)圈滾道一次，則其特征頻率為,（,5.8,）,第二節(jié),滾動(dòng)軸承,的信號(hào)特點(diǎn),一、正常軸承的振動(dòng)信號(hào)特征,正常的軸承也有相當(dāng)復(fù)雜的振動(dòng)和噪聲，有些是由軸承本身結(jié)

12、構(gòu)特點(diǎn)引起的；有些和制,造裝配有關(guān)，如滾動(dòng)體和滾道的表面波紋、表面粗糙度以及幾何精度不高，在運(yùn)轉(zhuǎn)中都會(huì)引,起振動(dòng)和噪聲。,1,軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的振動(dòng),滾動(dòng)軸承在承載時(shí)，由于在不同位置承載的滾子數(shù)目不同，因而承載剛度會(huì)有所變化，,引起軸心的起伏波動(dòng)，振動(dòng)頻率為,Zf,oc,，如圖,5.4,所示。要減少這種振動(dòng)的振幅可以采用游,隙較小的軸承或加預(yù)緊力去除游隙。,圖5.4滾動(dòng)軸承的承載剛度和滾子位置的關(guān)系,2,軸承剛度非線(xiàn)性引起的振動(dòng),滾動(dòng)軸承的軸向剛度呈非線(xiàn)性，特別是當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，易產(chǎn)生異常的軸向振動(dòng)。在剛度,曲線(xiàn)呈對(duì)稱(chēng)非線(xiàn)性時(shí)，振動(dòng)頻率為,f,n,，,2,f,n,，,3,f,n,，；在剛度曲線(xiàn)呈

13、非對(duì)稱(chēng)非線(xiàn)性時(shí)，振,動(dòng)頻率為,f,n,，,1,2,f,n,，,1,3,f,n,，。（,f,n,為軸的回轉(zhuǎn)頻率）這是一種自激振動(dòng)，常發(fā)生在深溝,球軸承。,圖5.5軸承的軸向剛度,3,軸承的制造裝配原因,加工面波紋度引起的振動(dòng),由軸承零件的加工面（內(nèi)圈、外圈滾道面及滾動(dòng)體面）的波紋度引起的振動(dòng)和噪聲在軸,承中比較常見(jiàn)，這些缺陷引起的振動(dòng)為高頻振動(dòng)（比滾動(dòng)體在滾道上的通過(guò)頻率高很多倍）。,由于滾道波紋度引起的軸心擺動(dòng)的軌跡呈現(xiàn)內(nèi)卷形和外卷形兩種形式。如圖,5.6,所示。,圖,5.6,由軸承零件波紋度引起的軸心擺動(dòng),軸承偏心引起的振動(dòng),當(dāng)軸承游隙過(guò)大或滾道偏心時(shí)都會(huì)引起軸承振動(dòng)，振動(dòng)頻率為,nf,n,

14、，,f,n,為軸的回轉(zhuǎn)頻率，,n,1,，,2,，。,滾動(dòng)體大小不均勻引起軸心擺動(dòng),滾動(dòng)體大小不均勻會(huì)導(dǎo)致軸心擺動(dòng)，還有支承剛度的變化。振動(dòng)頻率為,f,c,和,nf,c,f,n,，,n,1,，,2,，。此處,f,c,為保持架回轉(zhuǎn)頻率，,f,n,為軸的回轉(zhuǎn)頻率。,軸彎曲引起支承偏斜,軸彎曲會(huì)引起軸上所裝軸承的偏移，造成軸承振動(dòng)。軸承的振動(dòng)頻率為,nf,c,f,n,，,n,1,，,2,，。此處,f,c,為保持架回轉(zhuǎn)；頻率，,f,n,為軸的回轉(zhuǎn)頻率。,二、故障軸承振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn),軸承發(fā)生故障時(shí)，其振動(dòng)特征會(huì)有明顯的變化，主要有以下幾個(gè)方面。,1,疲勞剝落損傷,對(duì)于滾道上的一個(gè)疲勞剝落坑，下面分析一下其

15、沖擊過(guò)程。,圖,5.7,為夸大了的疲勞剝落坑示意圖。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)因?yàn)榕鲎捕a(chǎn)生沖擊脈沖。,過(guò)程如圖5.8所示。,第一階段：鋼球落下產(chǎn)生沖擊，在碰撞點(diǎn)產(chǎn)生很大的沖擊加速度。,第二階段：構(gòu)件變形產(chǎn)生衰減自由振動(dòng),振動(dòng)疲勞取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),為其固有頻率。,圖5.7夸大了的疲勞剝落坑示意圖,圖5.8沖擊過(guò)程示意圖,面越少越好。,有疲勞剝落故障的軸承，在簡(jiǎn)化的情況下，其振動(dòng)信號(hào)如圖,5.9,所示。,T,取決于碰撞的,頻率，,T=1/,f,碰,。在簡(jiǎn)單的情況下，碰撞頻率就等于滾動(dòng)體在滾道上的通過(guò)頻率,Zf,ic,或,Zf,oc,，,或滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率 。,f,bc,Zfic為Z個(gè)滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈上的一點(diǎn)時(shí)的

16、頻率；,Zf,oc,為,Z,個(gè)滾動(dòng)體通,過(guò)外圈上的一點(diǎn)時(shí)的頻率。,圖5.9有疲勞剝落故障軸承的振動(dòng)信號(hào),2 磨損,隨著磨損的進(jìn)行，振動(dòng)加速度峰值和均方根值（均方值,，表示單位,時(shí)間內(nèi)的平均功率；均方根,，由于有幅值的量綱，在工程中又稱(chēng)之,為有效值，反映能量的大小。）也緩慢上升。,實(shí)例，隨著軸承運(yùn)行時(shí)間從,20,小時(shí)到,380,小時(shí)，振動(dòng)加速度峰值與均方根值的比值從,5,左右逐漸增加到,5.5,6,。如果不發(fā)生疲勞剝落，最后振動(dòng)幅值可比最初增加很多倍。,3,膠合,用一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明發(fā)生膠合時(shí)的振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)。,圖5.10發(fā)生膠合的軸承試驗(yàn)曲線(xiàn),第一階段：在A點(diǎn)之前，振動(dòng)加速度略有下降，溫度緩慢上升；

17、,第二階段： A點(diǎn)之后振動(dòng)加速度值急劇上升，而溫度卻還有些下降；,第三階段：在B點(diǎn)之后，振動(dòng)加速度值第二次急劇上升，以致超過(guò)了儀器的測(cè)量范圍，同時(shí)溫度也急劇上升。,在B點(diǎn)之前，軸承中已有明顯的金屬與金屬的直接接觸和短暫的滑動(dòng)， B點(diǎn)之后有更頻繁,的金屬之間直接接觸及滑動(dòng)，潤(rùn)滑劑惡化甚至發(fā)生炭化，直至發(fā)生膠合。從圖中可以看出，振動(dòng)值比溫度能更早地預(yù)報(bào)膠合的發(fā)生。,第三節(jié) 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)測(cè)量與簡(jiǎn)易診斷 由于滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)具有沖擊振動(dòng)的特點(diǎn)，頻率極高，衰減較快，因此利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷時(shí)，除了參考前面已經(jīng)介紹的旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)測(cè)試方法以外，還應(yīng)根據(jù)其振動(dòng)特點(diǎn)，有針對(duì)性地采取一些措

18、施和方法。 一、測(cè)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，每通過(guò)零件的界面?zhèn)鬟f一次，其能量損失約80。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)盡量減少中間傳遞環(huán)節(jié)，探測(cè)點(diǎn)離軸承外圈的距離越近越直接越好。 圖5.11表示了傳感器位置對(duì)故障檢測(cè)靈敏度的影響。在圖5.11(a)中，假如傳感器放在承載方向時(shí)為100，則在承載方向45方向上降為95(-5dB)，在軸向則降為 2225(-1213dB)。在圖5.11(b)中，當(dāng)止推軸承發(fā)生故障產(chǎn)生沖擊并向外散發(fā)球面波時(shí)，假如在軸承蓋正對(duì)故障處的讀數(shù)為100，則

19、在軸承座軸向的讀數(shù)降為5(-19dB)。在圖5.11(c)和(d)中給出了傳感器安裝的正確位置和錯(cuò)誤位置，較粗的弧線(xiàn)表示振動(dòng)較強(qiáng)烈的部位，較細(xì)的弧線(xiàn)表示因振動(dòng)波通過(guò)界面衰減導(dǎo)致振動(dòng)減弱的情形。,圖5.11傳感器位置對(duì)故障檢測(cè)靈敏度的影響,由于滾動(dòng)軸承的振動(dòng)在不同方向上反映出不同的特性，因此應(yīng)盡量考慮在水平(x)、垂直(y)和軸向(z)三個(gè)方向上進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，但由于設(shè)備構(gòu)造、安裝條件的限制，或出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，不可能在每個(gè)方向上都進(jìn)行檢測(cè)，這時(shí)可選擇其中的兩個(gè)方向進(jìn)行檢測(cè)。 二、傳感器的選擇與固定方式 根據(jù)滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用條件不同，它所引起的振動(dòng)可能是頻率約為1kHz以下的低頻脈動(dòng)(通

20、過(guò)振動(dòng))，也可能是頻率在1kHz以上，數(shù)千赫乃至數(shù)十千赫的高頻振動(dòng)(固有振動(dòng))，通常情況下是同時(shí)包含了上述兩種振動(dòng)成分。因此，檢測(cè)滾動(dòng)軸承振動(dòng)速度和加速度信號(hào)時(shí)應(yīng)同時(shí)覆蓋或分別覆蓋上述兩個(gè)頻帶，必要時(shí)可以采用濾波器取出需要的頻率成分?？紤]到滾動(dòng)軸承多用于中小型機(jī)械，其結(jié)構(gòu)通常比較輕薄，因此，傳感器的尺寸和重量都應(yīng)盡可能地小，以免對(duì)被測(cè)對(duì)象造成影響，改變其振動(dòng)頻率和振幅大小。 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)屬于高頻振動(dòng)，對(duì)于高頻振動(dòng)的測(cè)量，傳感器的固定采用手持式方法顯然不合適，一般也不推薦磁性座固定，建議采用鋼制螺栓固定，這樣不僅諧振頻率高，可以滿(mǎn)足要求，而且定點(diǎn)性也好，對(duì)于衰減較大的高頻振動(dòng)，可以避免每次測(cè)量

21、的偏差，使數(shù)據(jù)具有可比性。,三、分析譜帶的選擇 滾動(dòng)軸承的故障特征在不同頻帶上都有反映，因此，可以利用不同的頻帶，采用不同的方法對(duì)軸承的故障做出診斷。 1低頻段 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，低頻率段指1 kHz以下的頻率范圍。一般可以采用低通濾波器(例如截止頻率fb1kHz)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)通常都在1kHz以下，此法可直接觀察頻譜圖上相應(yīng)的特征譜線(xiàn)，作出判斷。由于在這個(gè)頻率范圍容易受到機(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，目前已較少采用。 2中頻段 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中,中頻段指120k

22、Hz頻率范圍.同樣,利用該頻率時(shí)也可以使用濾波器。 (1)高通濾波器 使用截止頻率為1kHz的高通濾波器濾去1kHz以下的低頻成分，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)參數(shù)。許多簡(jiǎn)易的軸承監(jiān)測(cè)儀器儀表都采用這種方式。 (2)帶通濾波器 使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，用通帶內(nèi)的信號(hào)總功率作為監(jiān)測(cè)參數(shù)，濾波器的通帶截止頻率根據(jù)軸承類(lèi)型及尺寸選擇，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 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，高頻率段指2080kHz頻率范圍。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，如果采用合適

23、的加速度傳感器和固定方式保證傳感器較高的諧振頻率，利用傳感器的諧振或電路的諧振增強(qiáng)所得到衰減振動(dòng)信號(hào)，對(duì)故障診斷非常有效。瑞典的沖擊脈沖計(jì)(SPM)和美國(guó)首創(chuàng)的IFD法就是利用這個(gè)頻段。,四、滾動(dòng)軸承的簡(jiǎn)易診斷 利用滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障診斷的方法可分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法兩種。簡(jiǎn)易診斷的目的是為了初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡(jiǎn)易診斷中被認(rèn)為出現(xiàn)了故障的軸承的故障類(lèi)別及原因。 1滾動(dòng)軸承故障的簡(jiǎn)易標(biāo)準(zhǔn) 在利用振動(dòng)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷的過(guò)程中，通常需要將測(cè)得的振值(峰值、有效值等)與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)測(cè)的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給

24、出的界限來(lái)判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。因此，判定標(biāo)準(zhǔn)就顯得十分重要。 用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的判定標(biāo)準(zhǔn)大致可分為以下三種。 (1)絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn) 絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是指用于判斷實(shí)測(cè)振值是否超限的絕對(duì)量值。 (2)相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn) 相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是指對(duì)軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并按時(shí)間先后進(jìn)行比較，以軸承無(wú)故障情況下的振值為基準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測(cè)振值與該基準(zhǔn)振值之比來(lái)進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。 (3)類(lèi)比判定標(biāo)準(zhǔn) 類(lèi)比判定標(biāo)準(zhǔn)是指對(duì)若干同一型號(hào)的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。 需要注意的是，絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范規(guī)定的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，

25、因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)。適用于所有軸承的絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。,2,振動(dòng)信號(hào)簡(jiǎn)易診斷法,(1),振幅值診斷法,這里所說(shuō)的振幅值指峰值,、均值,(,對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值，對(duì)于軸,承沖擊振動(dòng)為經(jīng)絕對(duì)值處理后的平均值,),以及均方根值,(,有效值,),。,這是一種最簡(jiǎn)單、最常用的診斷法，它是通過(guò)將實(shí)測(cè)的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn),行比較來(lái)診斷的。,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(lèi)的具有瞬時(shí)沖擊,的故障診斷。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)速,較低

26、的情況,(,如,300r,min,以下,),，也常采用峰值進(jìn)行診斷。,均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較,高的情況,(,如,300r,min,以上,),。,均方根值是對(duì)時(shí)間平均的,因而它適用于像磨損之類(lèi)的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。,日本,NSK,公司生產(chǎn),NB,系列軸承監(jiān)測(cè)儀和新日鐵研制的,MCV,-,21A,型機(jī)械監(jiān)測(cè)儀就是,這類(lèi)儀器。可以測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的峰值或峰值系數(shù)，有的還可以測(cè)量,RMS,值或絕對(duì)平均值。,測(cè)量參數(shù)除加速度外，有的還包括振動(dòng)速度和位移。,(2),波形因數(shù)診斷法,波形因數(shù)定義為峰值與均值之比,(,/,),。該值也是用于滾動(dòng)軸承

27、簡(jiǎn)易診斷的有效指,標(biāo)之一。如圖,5.12,所示，當(dāng),/,值過(guò)大時(shí)，表明滾動(dòng)軸承可能有點(diǎn)蝕；而,/,值過(guò),小時(shí)，則有可能發(fā)生了磨損。,圖5.12滾動(dòng)軸承沖擊振動(dòng)的波形因數(shù),(3)波峰因數(shù)診斷法,波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比,(,/,),。該值用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的優(yōu)點(diǎn),在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一、二次儀表靈敏度變,化的影響。該值適用于點(diǎn)蝕類(lèi)故障的診斷。通過(guò)對(duì),/,值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，可,以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。當(dāng)滾動(dòng)軸承無(wú)故障,時(shí),/,為一較小的穩(wěn)定值；一旦軸承出現(xiàn)了損傷，則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，振動(dòng)峰值明顯,增大，但

28、此時(shí)均方根值尚無(wú)明顯的增大，故,/,增大；當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，峰值逐步達(dá),到極限值后，均方根值則開(kāi)始增大，,/,逐步減小，直至恢復(fù)到無(wú)故障時(shí)的大小。,圖5.13滾動(dòng)軸承的損傷,(4)概率密度診斷法,無(wú)故障滾動(dòng)軸承振幅的概率密度曲線(xiàn)是典型的正態(tài)分布曲線(xiàn)；而一旦出現(xiàn)故障，則概率,密度曲線(xiàn)可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象，如圖,5.13,所示。,(5)峭度系數(shù)診斷法,峭度,(Kurtosis),b,定義為歸一化的,4,階中心矩，即,（,5.9,）,式中,x,瞬時(shí)振幅；,振幅均值；,概率密度；,s,標(biāo)準(zhǔn)差。,振幅滿(mǎn)足正態(tài)分布規(guī)律的無(wú)故障軸承,，其峭度值約為,3,。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峭度,值具有與波峰因數(shù)類(lèi)似的

29、變化趨勢(shì)。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無(wú)關(guān)，主,要適用于點(diǎn)蝕類(lèi)故障的診斷。,英國(guó)鋼鐵公司研制的峭度儀在滾動(dòng)軸承故障的監(jiān)測(cè)診斷方面取得了很好的效果。利用快,裝接頭，儀器的加速度傳感器探頭直接接觸軸承外圈，可以測(cè)量峭度系數(shù)、加速度峰值和,RMS,值。圖,5.14,為使用該儀器監(jiān)測(cè)同一軸承疲勞試驗(yàn)的結(jié)果。試驗(yàn)中第,74h,軸承發(fā)生了疲,勞破壞，峭度系數(shù)由,3,上升到,6,圖,(a),，而此時(shí)峰值,圖,(b),和,RMS,值,圖,(c),尚無(wú)明顯增大。,故障進(jìn)一步明顯惡化后，峰值、,RMS,值才有所反映。,圖中虛線(xiàn)表示在不同轉(zhuǎn)速,(800,2700r,min),和不同載荷,(0,11kN)

30、,下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)上述各,值的變動(dòng)范圍。很明顯，峭度系數(shù)的變化范圍最小，約為,8,。軸承的工作條件對(duì)它的影,響最小，即可靠性及一致性較高。,有統(tǒng)計(jì)資料表明，使用峭度系數(shù)和,RMS,值共同來(lái)監(jiān)測(cè)，滾動(dòng)軸承振動(dòng)情況，故障診斷,成功率可達(dá)到,96,以上。,圖5.14軸承疲勞試驗(yàn)過(guò)程,3,滾動(dòng)軸承的沖擊脈沖診斷法,（SPM法）,滾動(dòng)軸承存在缺陷時(shí)，如有疲勞剝落、裂紋、磨損和滾道進(jìn)入異物時(shí)，會(huì)發(fā)生沖擊，引,起脈沖性振動(dòng)。由于阻尼的作用，這種振動(dòng)是一種衰減振動(dòng)。沖擊脈沖的強(qiáng)弱反映了故障的,程度，它還和軸承的線(xiàn)速度有關(guān)。,SPM,沖擊脈沖法,(Shock Pulse Method),就是基于這一原理。,根據(jù)統(tǒng)計(jì)

31、規(guī)律得出的脈沖值與軸承壽命的關(guān)系如圖,5.15,所示。,圖5.15沖擊脈沖值與軸承壽命的關(guān)系,在無(wú)損傷或極微小的損傷期，脈沖值,(dB,值,),大體在水平線(xiàn)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,dB sv,與初始沖擊能量,dB,i,之差稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量,dB,N,。,dB,N,dB,sv,-,dB,i,可以根據(jù),dB,N,的值判斷軸承的狀態(tài)：,0,dB,N,20dB,正常狀態(tài)，軸承工作狀態(tài)良好；,20dB,dB,N,35dB,注意狀態(tài)，軸承有初期損傷；,35dB,dB,N,60dB,警告狀

32、態(tài)，軸承已有明顯損傷。,初始沖擊能量也稱(chēng)背景分,貝，可根據(jù)軸承內(nèi)徑及轉(zhuǎn)速加以確定。,沖擊脈沖法對(duì)使用者的要求較高，初學(xué)者在現(xiàn)場(chǎng)使用中往往由于經(jīng)驗(yàn)不足、對(duì)設(shè)備工況,條件考慮不周造成診斷失誤，因此采用此方法進(jìn)行診斷時(shí)應(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題。,(1),傳感器的安裝,對(duì)于固定安裝的,SPM,傳感器，經(jīng)常由于機(jī)器本身的結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法完全達(dá)到,SPM,傳感,器的安裝標(biāo)準(zhǔn)，造成信號(hào)衰減。,(2),設(shè)備安裝條件,對(duì)滾動(dòng)軸承狀態(tài)有明顯影響的設(shè)備安裝因素主要有不對(duì)中和軸彎曲。這兩種安裝狀態(tài)都,會(huì)使軸承產(chǎn)生不均勻載荷，對(duì)軸承油膜的形成造成很大影響。這一方,面會(huì)加劇軸承狀態(tài)的惡,化；另一方面，在軸承狀態(tài)惡化以前也會(huì)造成

33、沖擊值增大，導(dǎo)致誤報(bào)警。因此，對(duì)于此類(lèi)軸,承，在加強(qiáng)監(jiān)護(hù)的同時(shí)，對(duì)其報(bào)警限要適當(dāng)放寬。,(3),對(duì)輔助傳動(dòng)軸承的考慮,對(duì)于輔助傳動(dòng)軸承，由于經(jīng)常處于從動(dòng)輕載荷狀況，因此沖擊值比其正常載荷下,獲得的標(biāo)準(zhǔn)值要小很多。但同時(shí)由于載荷小而容易受其他軸承或齒輪沖擊值的影響，,使沖擊值快速增高。因此對(duì)此類(lèi)軸承應(yīng)放寬其下限，但上限應(yīng)基本不變。,4滾動(dòng)軸承共振解調(diào)診斷法(IFD法) 共振解調(diào)法是利用傳感器及電路的諧振，將故障沖擊引起的衰減振動(dòng)放大，從而大大提高故障探測(cè)的靈敏度，這是與沖擊脈沖法相同之點(diǎn)。但該方法還利用解調(diào)技術(shù)將故障信息提取出來(lái)，通過(guò)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以診斷出故障的部位，指出故障發(fā)生

34、在軸承外圈、內(nèi)圈滾道或滾動(dòng)體上。這是美國(guó)波音公司提出的一項(xiàng)技術(shù)，稱(chēng)為早期故障探測(cè)法(Incipient Failure Detection)。,圖5.16 IFD法的信號(hào)變換過(guò)程,利用解調(diào)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的過(guò)程如圖5.16所示。軸承故障引起的沖擊脈沖F(t)經(jīng)傳感器拾取及電路諧振，得到放大的高頻衰減振動(dòng)a(t)，再經(jīng)包絡(luò)檢波得到的波形a1(t)，相當(dāng)于將故障引起的脈沖加以放大和拓寬，并且摒除了其余的機(jī)械干擾，最后作頻譜分析可以得到與故障沖擊周期T相對(duì)應(yīng)的頻率成分f及其高次諧波。據(jù)此，可以用于滾動(dòng)軸承故障及故障部位的診斷。,圖5.17高通絕對(duì)值頻率分析法的測(cè)試分析原理圖,5高通絕對(duì)值頻率分

35、析法,將加速度計(jì)測(cè)得的振動(dòng)加速度信號(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。 圖5.17為高通絕對(duì)值頻率分析的測(cè)試分析原理框圖。圖(c)給出了振動(dòng)波形絕對(duì)值處理結(jié)果。,第四節(jié) 滾動(dòng)軸承的精密診斷方法 所謂滾動(dòng)軸承的精密診斷方法，就是在利用簡(jiǎn)易診斷法確定軸承已經(jīng)發(fā)生故障之后，進(jìn)一步判定故障的類(lèi)別和發(fā)生部位，以便采取相應(yīng)對(duì)策。 滾動(dòng)軸承的精密診斷與旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械等精密診斷一樣，主要采用頻譜分析法。由于滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的

36、故障都對(duì)應(yīng)特定的頻率成分。進(jìn)行頻譜分析之前需要通過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理方法(參考上節(jié)內(nèi)容)將特定的頻率成分分離出來(lái)，然后對(duì)其進(jìn)行絕對(duì)值處理，最后進(jìn)行頻率分析，以找出信號(hào)的特征頻率，確定故障的部位和類(lèi)別。,一、軸承內(nèi)滾道損傷,軸承內(nèi)滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如：剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等,(,如圖,5.18,所示,),，若滾動(dòng)軸無(wú),徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為,(,n,=1,，,2,，,),的沖擊振動(dòng)。,圖5.18 內(nèi)滾道損傷振動(dòng)特征,通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，且為單邊載荷，根據(jù)點(diǎn)蝕部分與滾動(dòng)體發(fā)生沖擊接,觸的位置的不同，振動(dòng)的振幅大小會(huì)發(fā)生周期性的變化，即發(fā)生振幅調(diào)制。若以軸旋,進(jìn)行振幅調(diào)制,這時(shí)的振動(dòng)頻率為,(,n,=

37、1,，,2,),；若以滾動(dòng)體的(公轉(zhuǎn),頻率即保持架旋轉(zhuǎn)頻率),進(jìn)行振幅調(diào)制,這時(shí)的振動(dòng)頻率為,(,n,1,，,2,，,),。,轉(zhuǎn)頻率,二、軸承外滾道損傷,當(dāng)軸承外滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等,(,如圖,5.19,所示,),，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)系是一定的，所以，,這時(shí)不存在振幅調(diào)制的情況，振動(dòng)頻率為,(,n,1,，,2,，,),，振動(dòng)波形如圖,5.19,所示。,圖5.19外滾道損傷振動(dòng)特征,三、滾動(dòng)體損傷,當(dāng)軸承滾動(dòng)體產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、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

38、為,(,n,=1,，,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,進(jìn)行振幅調(diào)制。這時(shí)的振動(dòng)頻率為,，如圖,5.20,所示。,圖5.20 滾動(dòng)體損傷振動(dòng)情況,四、軸承偏心 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5.21示，此時(shí)的振動(dòng)頻率為nfr(n=1，2，) 。,圖5.21滾動(dòng)軸承偏心振動(dòng)特征,第五節(jié) 滾動(dòng)軸承的其它診斷方法 主要有光纖監(jiān)測(cè)、聲學(xué)診斷、溫度監(jiān)測(cè)、接觸電阻法（或油

39、膜電阻法）等。 聲學(xué)診斷法包括聲音和聲發(fā)射兩種。聲音診斷是用根聽(tīng)音棒直接聽(tīng)取軸承中傳送出的聲音以判斷異常，因而不受外部雜音的影響而廣泛采用；聲發(fā)射診斷法是利用軸承元件有剝落、裂紋或在運(yùn)行中由于潤(rùn)滑不良或工作表面膠合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的聲發(fā)射現(xiàn)象而對(duì)其故障進(jìn)行診斷。 軸承若發(fā)生某種損傷，溫度便會(huì)發(fā)生變化。因此，利用溫度也可以診斷軸承異常情況。但其效果較差。因?yàn)楫?dāng)溫度明顯上升時(shí)，異常已相當(dāng)嚴(yán)重。所以該方法常用來(lái)監(jiān)視軸承是否超過(guò)某個(gè)溫度限，用來(lái)防止軸承產(chǎn)生損傷。,一 、接觸電阻法 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)診斷技術(shù)。 旋轉(zhuǎn)中的滾動(dòng)軸承。出于在滾

40、道與滾動(dòng)體之間形成油膜，內(nèi)外圈之間有很大電阻。在潤(rùn)滑狀態(tài)惡化或軌道面或滾動(dòng)面上產(chǎn)生破損油膜就被破壞。正常狀態(tài)的軸承，其油膜厚度至少是表面粗糙程度的四倍，因此軸承內(nèi)、外圈之間的平均電阻值高達(dá)1000000歐，當(dāng)軸承零件出現(xiàn)剝落、腐蝕、裂紋或磨損時(shí)，油膜被破壞，接觸電阻下降至零歐附近。,接觸電阻法的監(jiān)測(cè)原理如圖所示，依照電阻測(cè)量原理，滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈之間需加微小的電壓，一般為1v左右。,振動(dòng)監(jiān)測(cè)和接觸電阻監(jiān)測(cè)對(duì)于不同的軸承缺陷敏感程度不一樣，振動(dòng)監(jiān)測(cè)法對(duì)剝落、坑比較敏感，而接觸電阻法對(duì)磨損、腐蝕等這一類(lèi)缺陷比較敏感。兩者是相互補(bǔ)充的。,接觸電阻法進(jìn)行軸承的監(jiān)測(cè)診斷，簡(jiǎn)單易行，明確迅速。但在使用時(shí)應(yīng)

41、注意下面三點(diǎn)： 1 轉(zhuǎn)速低時(shí)，不能使用此法，因?yàn)檫@種工況下，滾道與滾動(dòng)體間的油膜也可能被破壞； 2 旋轉(zhuǎn)軸和外殼必須絕緣； 3 對(duì)表面剝落、裂紋、壓痕等異常監(jiān)測(cè)能力不好。,1976年，日本新日鐵株式會(huì)社研制了MCV系列機(jī)器檢測(cè)儀(MachineChecker)，可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。同時(shí)推出的就有油膜檢查儀，利用超聲波或高頻電流對(duì)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探測(cè)油膜是否破裂，發(fā)生金屬間直接接觸。,二、光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 1 光纖監(jiān)測(cè)的基本原理,光纖監(jiān)測(cè)是一種直接從軸承套圈表面提取信號(hào)的診斷技術(shù)。其原理如圖所示，用光導(dǎo)纖維束制成的位移傳感器，包含有發(fā)送光纖束1和接收光纖束2。光線(xiàn)由

42、發(fā)送光纖束經(jīng)過(guò)傳感器端面與軸承套圈表面的間隙，反射回來(lái)，再由接收光束接收，經(jīng)過(guò)光電元件轉(zhuǎn)換為電壓輸出，間隙量d改變時(shí)，導(dǎo)光錐3照射在軸承表面的面積和反光錐4接收反射光束的面積產(chǎn)生變化，因而轉(zhuǎn)換后的輸出電壓也隨之改變。傳感器輸出電壓一間隙量特性曲線(xiàn)如右圖所示。,光纖特性曲線(xiàn)前側(cè)開(kāi)始有一段線(xiàn)性區(qū)上，這是由于導(dǎo)光錐照射在軸承表面的面積越來(lái)越大，接收光纖束所接收的照度不斷增大，直到達(dá)到峰值為止。此后，當(dāng)間隙量進(jìn)一步增大時(shí)，接收光纖所接收的照度與間隙的平方成反比，其輸出電壓逐漸下降。,2 光纖監(jiān)測(cè)法的優(yōu)點(diǎn) 1) 光纖位移傳感器具有高的靈敏度(50mV/mm)，外形細(xì)長(zhǎng)，便于安裝。 2) 可減小或消除振動(dòng)

43、傳遞通道的影響，從而提高信噪比。 3) 可以直接反映滾動(dòng)軸承的制造質(zhì)量、工作表面磨損程度、軸承載荷、潤(rùn)滑和間隙的情況。,3 光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)指標(biāo) 光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)采用的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，包括均方根幅值、峰值均方根幅值比和軸承速率比等。均方根幅值RMS指標(biāo)特別適合于軸承工作表面由于磨損而變粗糙的磨損程度評(píng)價(jià)。 對(duì)于峰值均方根幅值比PK/RMS：當(dāng)PK/RMS1.5時(shí)，一般就可以認(rèn)為軸承零件上有局部缺陷產(chǎn)生。 軸承速率比BSR：其定義為鋼球通過(guò)頻率與軸的回轉(zhuǎn)頻率之比。BSR值取決于軸承的載荷和間隙大小以及軸承潤(rùn)滑狀況。BSR值偏高時(shí)可能是載荷過(guò)高、潤(rùn)滑不良或者軸承間隙過(guò)大。這樣，利用BSR值可以說(shuō)明機(jī)器中軸

44、承的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。由于載荷是由鋼球與滾道傳遞的，當(dāng)鋼球通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，滾道將以鋼球的接觸點(diǎn)為中心產(chǎn)生彈性變形區(qū)。這樣，光纖傳感器可以直接測(cè)量這一變形，從而確定鋼球的通過(guò)頻率。而軸的回轉(zhuǎn)頻率則需要另外加以測(cè)定。,圖522 高線(xiàn)軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖,第六節(jié) 滾動(dòng)軸承故障診斷案例,例5-1 2005年1月31日，宣化鋼鐵公司高速線(xiàn)材軋機(jī)的26架出現(xiàn)振動(dòng)異常。圖710為高線(xiàn)軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。,1）頻譜分析圖:,圖523 26架軋機(jī)振動(dòng)頻譜圖,2）數(shù)據(jù)分析： 表51 數(shù)據(jù)分析表（測(cè)量轉(zhuǎn)速1100rpm；推導(dǎo)轉(zhuǎn)速1078.2rpm）,3) 趨勢(shì)分析: 從趨勢(shì)圖上可以看到振動(dòng)是在1月29日開(kāi)始上升的，說(shuō)明故障

45、發(fā)展很快。,圖524 26架通頻振動(dòng)有效值趨勢(shì)圖,4）特征頻率趨勢(shì)分析 從圖525中可以看到，軸轉(zhuǎn)頻(58.59Hz)及2倍頻(117.19Hz)的振幅也是在1月29日開(kāi)始上升。,圖525 26架特征頻率趨勢(shì)圖,5）當(dāng)時(shí)的診斷結(jié)論與處理建議 1時(shí)域信號(hào)特征 a）26#架精軋機(jī)在1月29日柱狀圖（棒圖a、b、c，這里未給出）峰值開(kāi)始報(bào)警，30日?qǐng)?bào)警值達(dá)255； b）29日時(shí)域信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重畸變，30日時(shí)域信號(hào)完全紊亂； c）時(shí)域趨勢(shì)圖從27日的22.6m/s2急劇上升到30日的245 m/s2（圖524），突變了10倍左右。 2頻域信號(hào)特征： a）出現(xiàn)26#架精軋機(jī)錐箱I軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(同時(shí)也是該軸

46、軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率)及大量諧波,達(dá)5000Hz以上,這是典型的部件松動(dòng)特征。 b） 58.59Hz的振幅已經(jīng)超過(guò)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(dòng)、裂紋等)，有被外力所激起的振動(dòng)。,實(shí)際情況,廠(chǎng)方接到報(bào)告后，立即組織檢修。開(kāi)箱后發(fā)現(xiàn)1軸MRC-7126 KRD4S軸承損壞。,圖526 破裂的1軸軸承,（注：這個(gè)診斷報(bào)告中將錐箱I軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率及大量諧波解釋成典型的部件松動(dòng)特征，實(shí)際是因?yàn)檩S承破損，造成I軸定心失效所致）,圖527 12月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅值為0.447 m/s2,例5-2 20

47、05年1月5日,宣化鋼鐵公司高速線(xiàn)材軋機(jī)的20架出現(xiàn)振動(dòng)異常。圖710為高線(xiàn)軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 查20架的頻譜變化過(guò)程，見(jiàn)圖527、圖528、圖529。,圖528 1月2日頻譜圖（錐箱軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率58Hz的振幅為2.502 m/s2,圖529 1月4日頻譜圖（錐箱軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率58Hz的振幅為3.664 m/s2,數(shù)據(jù)分析,表72 數(shù)據(jù)分析表 （測(cè)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(shí)域圖形越來(lái)越混亂，呈很強(qiáng)的非對(duì)稱(chēng)形態(tài)。由此可以判斷20架錐箱軸軸承

48、出現(xiàn)故障 建議：及時(shí)更換20#錐箱I軸軸承，以免發(fā)生故障。,20#軋機(jī)拆檢結(jié)果,圖530,圖531,圖532,例5-3,2005年12月15日，唐山鋼鐵公司高速線(xiàn)材軋機(jī)的增速箱振動(dòng)異常升高的故障診斷。 根據(jù)系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)監(jiān)測(cè)，在12月14日發(fā)現(xiàn)精軋機(jī)增速箱南側(cè)時(shí)域指標(biāo)連續(xù)呈黃色警報(bào)，到12月15日時(shí)域指標(biāo)報(bào)警值大于150變?yōu)榧t色，引起技術(shù)人員的關(guān)注，因此進(jìn)一步對(duì)該設(shè)備進(jìn)行頻譜分析。,圖533 高線(xiàn)精軋機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈圖,頻譜圖分析,圖534 增速箱12月15日時(shí)域振動(dòng)波形,在圖534增速箱時(shí)域振動(dòng)波形圖中可以明顯看到高頻沖擊現(xiàn)象，并且相對(duì)0位線(xiàn)偏向上方。,圖535 增速箱12月15日頻譜圖,時(shí)域

49、信號(hào)有明顯下延結(jié)構(gòu)是沖擊類(lèi)振動(dòng)的表現(xiàn)，頻域含有410HZ成份，并伴隨有高階倍頻成份。,診斷結(jié)論,1、經(jīng)過(guò)初步分析該振動(dòng)成份并非軸與齒輪的故障特征頻率（軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)法計(jì)算精確的故障特征頻率，根據(jù)估計(jì)值計(jì)算有軸承故障可能。 在隨后的緊急檢修中，開(kāi)箱發(fā)現(xiàn)輸出高速軸聯(lián)軸節(jié)端滾動(dòng)軸承內(nèi)圈斷裂。,例5-4： 2006年6月27日，安陽(yáng)鋼鐵公司高速線(xiàn)材軋制線(xiàn)上的吐絲機(jī)軸發(fā) 生軸承碎裂事故，被迫停產(chǎn)檢修。事后檢視在線(xiàn)故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā) 現(xiàn)早在4月13日時(shí)域峰值指標(biāo)狀態(tài)監(jiān)測(cè)已經(jīng)發(fā)出紅色警報(bào)。圖537是吐絲機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。 作為事后調(diào)查，欲對(duì)所有

50、故障監(jiān)測(cè)指標(biāo)作一下回顧，以便認(rèn)識(shí)哪些 指標(biāo)對(duì)這類(lèi)故障信息敏感。所以將各項(xiàng)時(shí)域監(jiān)測(cè)指標(biāo)列舉分析如下：,圖537 吐絲機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖,5.4 滾動(dòng)軸承故障診斷案例,1、時(shí)域指標(biāo)趨勢(shì)分析,(1) 6.5鋼吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)峰值趨勢(shì)圖 由圖538可見(jiàn)，在26月份軋6.5鋼時(shí)，吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)時(shí)域峰值從4月13日（50 m/s）開(kāi)始有所上升，到4月25日達(dá)到85 m/s，此后到5月6日已達(dá)到260 m/s以上，并且到吐絲機(jī)軸承出現(xiàn)損壞事故前在線(xiàn)系統(tǒng)一直連續(xù)出現(xiàn)紅色警報(bào)（均在200 m/s以上）。,圖538 峰值指標(biāo)趨勢(shì)圖,(2) 軋6.5鋼吐絲機(jī)a35水平測(cè)點(diǎn)峰值系數(shù)趨勢(shì)圖 由圖539可見(jiàn)，在26月份軋6.5

51、鋼時(shí)，吐絲機(jī)a35水平測(cè)點(diǎn)峰值系數(shù)在4月13日之前維持在5以下，到4月16日達(dá)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(shuō)明吐絲機(jī)在4月13日時(shí)已有故障隱患了，到5月25日后吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)峰值系數(shù)又降到5以下，說(shuō)明此時(shí)軸承到已經(jīng)損壞了。,圖539 峰值系數(shù)趨勢(shì)圖,(3) 軋6.5鋼吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)峭度指標(biāo)趨勢(shì)圖 由圖540可見(jiàn)，在26月份軋6.5鋼時(shí)，吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)峭度在4月13日之前維持在5以下，到4月16日達(dá)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(shuō)明吐絲機(jī)在4月13日（9.4）時(shí)已有故障隱患了，到5

52、 月25日后吐絲機(jī)a35測(cè)點(diǎn)峭度又降到5以下，說(shuō)明此時(shí)軸承到已經(jīng)損壞了。 由以上分析可見(jiàn)，從峰值、峰值系數(shù)、峭度三個(gè)時(shí)域指標(biāo)都可看出吐絲機(jī)軸承在4月13日時(shí)已有故障隱患了，在5月初到5月25日是軸承逐漸損壞時(shí)期，若在這個(gè)時(shí)期能夠?qū)ν陆z機(jī)進(jìn)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540 峭度指標(biāo)趨勢(shì)圖,2、頻域指標(biāo)趨勢(shì)分析,軋6.5鋼吐絲機(jī)II軸軸頻幅值趨勢(shì)圖 由圖541可見(jiàn)，在26月份軋6.5鋼時(shí)，吐絲機(jī)II軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(kāi)始上升，達(dá)到0.4m/s2，到5月6日達(dá)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(dá)到30.82m/s2，說(shuō)明吐絲機(jī)在4月24日（0.4）時(shí)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(shuō)明此