機(jī)械故障診斷技術(shù)7-滾動(dòng)軸承故障診斷ppt課件

1、第七章 滾動(dòng)軸承故障診斷,71 滾動(dòng)軸承的失效形式 72 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征 73 滾動(dòng)軸承信號(hào)分析方法 74 滾動(dòng)軸承故障診斷案例 實(shí)例1 宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)26架 實(shí)例2 宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)20架 實(shí)例3 唐山鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的增速箱 實(shí)例4 安陽(yáng)鋼鐵公司高速線材軋制線上吐絲機(jī),71 滾動(dòng)軸承的失效形式,1.滾動(dòng)軸承的磨損失效 磨損是滾動(dòng)軸承最常見(jiàn)的一種失效形式。 在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中，滾動(dòng)體和套圈之間均存在滑動(dòng)，這些滑動(dòng)會(huì)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(shí)，則形成嚴(yán)重的磨料磨損，使之更為加劇。 另外，由于振動(dòng)和磨料的共同作用，對(duì)

2、于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動(dòng)軸承，會(huì)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(yùn)行中引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又會(huì)造成軸承座孔或軸徑的磨損。 當(dāng)磨損量較大時(shí)，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動(dòng)增大,2. 滾動(dòng)軸承的疲勞失效 在滾動(dòng)軸承中，滾動(dòng)體或套圈滾動(dòng)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(xì)小裂紋，隨著以后的持續(xù)負(fù)荷運(yùn)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(diǎn)坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。 隨著滾動(dòng)軸承的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。因?yàn)槊撀涞乃槠粷L壓在其余

3、部分滾道上，并給那里造成局部超載荷而進(jìn)一步使?jié)L道損壞。 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動(dòng)和噪聲將急劇惡化,3. 滾動(dòng)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(jìn)入軸承或者使用含酸的潤(rùn)滑劑，都會(huì)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(guò)使表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 c. 微振腐蝕，為軸承套圈在機(jī)座座孔中或軸頸上的微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(diǎn),4. 滾動(dòng)軸承的塑變失效 壓痕主要是由于滾動(dòng)軸承受負(fù)荷后，在滾動(dòng)體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。載荷過(guò)大時(shí)會(huì)在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外，若裝配不當(dāng)

4、，也會(huì)由于過(guò)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(dòng)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(yùn)行時(shí)載荷過(guò)大、轉(zhuǎn)速過(guò)高、潤(rùn)滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過(guò)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,6. 滾動(dòng)軸承的膠合失效 滑動(dòng)接觸的兩個(gè)表面，當(dāng)一個(gè)表面上的金屬粘附到另一個(gè)表面上的現(xiàn)象稱為膠合。 對(duì)于滾動(dòng)軸承，當(dāng)滾動(dòng)體在保持架內(nèi)被卡住或者潤(rùn)滑不足、速度過(guò)高造成摩擦熱過(guò)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(guò)小，熱膨脹引起滾動(dòng)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,72 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)

5、理與信號(hào)特征,引起滾動(dòng)軸承振動(dòng)的因素很多。有與部件有關(guān)的振動(dòng)，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動(dòng)，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動(dòng)。 如圖71所示，我們通過(guò)對(duì)軸承振動(dòng)的剖析，找出激勵(lì)特點(diǎn)，并通過(guò)不同的檢測(cè)分析方法的研究，從振動(dòng)信號(hào)中，獲取振源的可靠信息，用以進(jìn)行滾動(dòng)軸承的故障診斷,圖71 滾動(dòng)軸承振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)(a) 新軸承的振動(dòng)波形 (b)表面劣化后的軸承振動(dòng)波形,1. 軸承剛度變化引起的振動(dòng) 當(dāng)滾動(dòng)軸承在恒定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) (如圖72)，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(dòng)體與外圈的接觸點(diǎn) 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(duì)稱周期變化， 從而

6、使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的特征。 由此便產(chǎn)生了分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)。 此外，當(dāng)滾動(dòng)體處于載荷下非對(duì) 稱位置時(shí)，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(dòng)。這 類參數(shù)的變化與運(yùn)動(dòng)都將引起軸承的振動(dòng)，也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體 通過(guò)徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。 這樣在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動(dòng)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(dòng)并含有分諧波成分，不 管滾動(dòng)軸承正常與否，這種振動(dòng)都要發(fā)生,圖72滾動(dòng)軸承剛度的變化,2. 由滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)副引起的振動(dòng) 當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體便在內(nèi)外圈之間滾動(dòng)。軸承的滾動(dòng)表面雖加工得非常平滑，但從微觀來(lái)看，仍高低不平，特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑

7、剝時(shí)，高低不平的情況更為嚴(yán)重。滾動(dòng)體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動(dòng)，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動(dòng)，既是隨機(jī)的，又含有滾動(dòng)體的傳輸振動(dòng)，其主要頻率成分為滾動(dòng)軸承的特征頻率。 滾動(dòng)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(dòng)接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。計(jì)算的特征頻率值往往十分接近測(cè)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),滾動(dòng)軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時(shí),1) 內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率1： Hz 2) 保持架旋轉(zhuǎn)頻率2： 3） 滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率3： 4） 保持架過(guò)內(nèi)圈頻率4： 5） 滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈頻率5： 6） 滾動(dòng)體通過(guò)外圈頻率6： 式中，n內(nèi)圈轉(zhuǎn)速(r/min)，z滾動(dòng)體個(gè)

8、數(shù) 在故障診斷的實(shí)踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率1、滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈頻率5、滾 動(dòng)體通過(guò)外圈頻率6對(duì)表面缺陷有較高的敏感度，是重要的參照指標(biāo),圖73 向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定,圖74 滾動(dòng)軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動(dòng)波形,3. 滾動(dòng)軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動(dòng)特征 滾動(dòng)軸承內(nèi)出現(xiàn)剝落等缺陷，滾動(dòng) 體以較高的速度從缺陷上通過(guò)時(shí)，必然 激發(fā)兩種性質(zhì)的振動(dòng)。見(jiàn)圖74， 第一類振動(dòng)是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)關(guān) 系為特征的振動(dòng)，表現(xiàn)為沖擊振動(dòng)的周 期性； 第二類振動(dòng)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(gè)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

9、介紹，軸承元件的固有頻率在20K60K Hz的頻率段。因此,有些軸承診斷儀，就 針對(duì)這一特點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)分析處理，在這一頻段內(nèi)工作的儀表,利用低頻段信號(hào)診斷軸承故障的要點(diǎn),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(yùn)動(dòng)關(guān)系相聯(lián)系，處于振動(dòng)信號(hào)的低頻段內(nèi)，在這個(gè)頻段內(nèi)還有軸的振動(dòng)、齒輪的嚙合振動(dòng)等各種零件的振動(dòng)。 由于這些振動(dòng)具有更強(qiáng)的能量，軸承早期缺陷所激發(fā)的微弱周期性脈沖信號(hào)往往淹沒(méi)在這些強(qiáng)振信號(hào)中，給在線故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)困難，但是，滾動(dòng)軸承故障在低頻段的特征還是可以得到的。 因?yàn)闈L動(dòng)軸承在機(jī)器設(shè)備中的作用是支撐傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，所以滾動(dòng)軸承故障所激發(fā)的振動(dòng)必然對(duì)軸及軸上的機(jī)械零件產(chǎn)生影響。 對(duì)于

10、轉(zhuǎn)軸上的零件為齒輪等非轉(zhuǎn)子類零件的軸而言，其動(dòng)不平衡量是不隨時(shí)間變化的。滾動(dòng)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(dòng)，當(dāng)軸的工作狀態(tài)處于非重載時(shí)，軸的轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值升高，有時(shí)還表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頻的2X、3X5X頻率的振幅升高。這種情況往往預(yù)示著滾動(dòng)軸承出現(xiàn)早期故障。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值再次降低時(shí)，滾動(dòng)軸承故障已進(jìn)入晚期，到了必需更換的程度,73 滾動(dòng)軸承信號(hào)分析方法,軸承故障信號(hào)的拾取實(shí)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(hào)傳動(dòng)的方向選擇垂直、水平、軸向布置。這里距故障信號(hào)源最近，傳輸損失最小，也是軸、齒輪等故障信號(hào)傳輸路徑必經(jīng)的最近位置。

11、所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測(cè)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(dòng)，也必然影響齒輪等零件的振動(dòng)。滾動(dòng)軸承故障在某種條件下（如輕載、空載）也會(huì)在齒輪嚙合頻率的振幅升高中反映出來(lái)。因此其特征為齒輪嚙合頻率的邊頻很微弱，幾乎看不見(jiàn),圖75 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻譜,傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇,軸承故障信號(hào)分布的頻段 傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇，如圖75所示，這是一個(gè)航空軸承通過(guò)故障實(shí)驗(yàn)得到的頻譜圖。軸承的故障信號(hào)分布在3個(gè)頻段，即圖中陰影部分,a). 低頻段：在8kHz以下，滾動(dòng)軸承中與結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)關(guān)系相聯(lián)系的故障信號(hào)在這個(gè)頻率段，少數(shù)高速滾動(dòng)軸承的信號(hào)頻段能延展到B點(diǎn)以外。因?yàn)檩S的故障

12、信號(hào)、齒輪的故障信號(hào)也在這個(gè)頻段，因而這也是絕大部分在線故障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的頻段。 b).高頻段：位于區(qū)，這個(gè)頻段的信號(hào)是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動(dòng)。 c). 超高頻段：位于區(qū)，它們是軸承內(nèi)微裂紋擴(kuò)張所產(chǎn)生的聲發(fā)射超聲波信號(hào),信號(hào)拾取方式： 針對(duì)不同的信號(hào)所處頻段，需采用不同的信號(hào)拾取方式。 a)監(jiān)測(cè)低頻段的信號(hào)，通常采用加速度傳感器，由于同時(shí)也要拾取其它零件的故障信號(hào)，因此采用通用的信號(hào)處理電路（儀器）。 b)監(jiān)測(cè)高頻段的信號(hào)，其目的是要獲取唯一的軸承故障信號(hào)，采用自振頻率在2530KHz的加速度傳感器，利用加速度傳感器的共振效應(yīng)，將這個(gè)頻段的軸承故障信號(hào)放大，再用帶通濾波器將

13、其它頻率的信號(hào)（主要是低頻信號(hào)）濾除，獲得唯一的軸承故障信號(hào)。 c)監(jiān)測(cè)超高頻段的信號(hào)，則采用超聲波傳感器，將聲發(fā)射信號(hào)檢出并放大。儀表統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)聲發(fā)射信號(hào)的頻度和強(qiáng)度，一旦頻度或強(qiáng)度超過(guò)某個(gè)報(bào)警限，則判定軸承故障,滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析方法,1有效值與峰值判別法 有效值：滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的有效值反映了振動(dòng)的能量大小，當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后，其振動(dòng)必然增大。因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標(biāo)。 峰值：有效值指標(biāo)對(duì)具有瞬間沖擊振動(dòng)的異常是不適用的。因?yàn)闆_擊波峰的振幅大，并且持續(xù)時(shí)間短。用有效值來(lái)表示故障特征，其特征并不明顯，對(duì)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

14、值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。 用峰值系數(shù)進(jìn)行診斷的最大特點(diǎn)，是由于它的值不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的影響。 正常時(shí)，滾動(dòng)軸承的峰值系數(shù)約為5，當(dāng)軸承有故障時(shí)，可達(dá)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(dòng)信號(hào)的絕對(duì)水平所左右。測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度即使變動(dòng)，對(duì)示值也不會(huì)產(chǎn)生多大影響,3峭度指標(biāo)法 峭度指標(biāo)Cq反映振動(dòng)信號(hào)中的沖擊特征。 峭度指標(biāo)Cq 峭度指標(biāo)Cq對(duì)信號(hào)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(gè)值接近4或超過(guò)4，則說(shuō)明機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀況中存在沖擊性振動(dòng)。 *當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時(shí)，有效值變化不大，但峭度指標(biāo)值已經(jīng)明顯增加，達(dá)到數(shù)十甚至上百，非常明顯。它

15、的優(yōu)勢(shì)在于能提供早期的故障預(yù)報(bào)。 *當(dāng)軸承故障進(jìn)入晚期，由于剝落斑點(diǎn)充滿整個(gè)滾道，峭度指標(biāo)反而下降。也就是對(duì)晚期故障不適應(yīng),4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(dòng)信號(hào)，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(hào)處理，所獲得的信號(hào)振幅正比于沖擊力的大小。 在沖擊脈沖技術(shù)中，所測(cè)信號(hào)振幅的計(jì)量單位是dB。測(cè)到的軸承沖擊dBi值與軸承基準(zhǔn)值dB0相減（dB0是良好軸承的測(cè)定值）。 dBN = dBidB0 沖擊脈沖計(jì)的刻度就是用dBN值表示的。軸承的狀況分為三個(gè)區(qū)： （020）dBN 表示軸承狀況良好 （2035）dBN 表示軸承狀況已經(jīng)劣化，屬發(fā)展中

16、的損傷期 （3560）dBN 表示軸承已經(jīng)存在明顯的損傷,圖76 共振解調(diào)法的信號(hào)變換過(guò)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(dòng)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76所示信號(hào)變換過(guò)程中的波形特征來(lái)說(shuō)明。 圖 (a)為理想的故障微沖擊脈沖信號(hào)F(t)（原始脈沖波），它在時(shí)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(duì)應(yīng)的頻率1T成分,圖(b)是脈沖信號(hào)由傳感器接收后，經(jīng)過(guò)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=

17、1/Tn)，它的最大振幅與故障沖擊的強(qiáng)度成正比，而且每組振蕩波在時(shí)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(guò)絕對(duì)值處理后留下了對(duì)應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號(hào)，在頻譜上不能形成簡(jiǎn)單波形那樣的離散譜線。 圖(d)為對(duì)圖(c)所示振蕩波再進(jìn)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(gè)包絡(luò)波形就把高頻成分和其他機(jī)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(duì)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(dòng)波形進(jìn)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77 兩種信號(hào)處理方法比較,例：共振解調(diào)法（包絡(luò)檢

18、波頻譜分析法） 實(shí)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77為204型軸承加了30N軸向力，在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行測(cè)試分析的結(jié)果。圖77(a)為原信號(hào)直接用低頻信號(hào)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77(b)為經(jīng)過(guò)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(jì)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(shí)際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有一處疲勞剝落,6頻譜分析法 將低頻段測(cè)得振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)低通抗疊混濾波器后，進(jìn)行FFT快速富里葉變

19、換，得到頻譜圖。 根據(jù)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式計(jì)算得到各項(xiàng)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(shuō)明的是，各種特征頻率都是從理論上推導(dǎo)出來(lái)的，而實(shí)際上，由于軸承的各幾何尺寸會(huì)有誤差，加上軸承安裝后的變形、FFT計(jì)算誤差等因素，使得實(shí)際的頻率與計(jì)算所得的頻率會(huì)有某些出入，所以在頻譜圖上尋找各特征頻率時(shí)，需在計(jì)算的頻率值上找其近似的值來(lái)作診斷,圖78 故障軸承與完好軸承的頻譜圖對(duì)比 a)故障軸承 b)完好軸承,例如，圖78a，是一個(gè)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78b是與該軸承同型號(hào)的完好軸承的頻譜圖。通過(guò)比較可以

20、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78是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室作出的圖形。實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)是極復(fù)雜的，包含了諸多軸、齒輪等強(qiáng)振信號(hào)，而滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)因?yàn)閺?qiáng)度太小，而被淹沒(méi)。只有機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械（如低轉(zhuǎn)速的水泵）才能復(fù)現(xiàn)與圖78相似的頻譜圖,滾動(dòng)軸承原故障信號(hào)弱，并不意味常規(guī)的FFT信號(hào)分析技術(shù)對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷束手無(wú)策。我們都知道滾動(dòng)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(dòng)軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動(dòng)，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如

21、齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時(shí)間變化的），即可診斷出軸承故障。 軸上的齒輪等零件的振動(dòng)也會(huì)受到軸承振動(dòng)的影響，導(dǎo)致自身的振動(dòng)出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象,7倒頻譜分析法 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)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(rèn)不出。這是由于各運(yùn)動(dòng)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(shí)別。 倒頻譜：對(duì)于存在調(diào)頻、調(diào)幅現(xiàn)象的信號(hào)，其功率譜上會(huì)出現(xiàn)周期分量或等間隔的旁瓣，利用倒譜分析方法，對(duì)功率譜上的周期分量進(jìn)行再處理，找出功率譜上不易發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。 處理過(guò)程,例： 圖79a，是內(nèi)圈軌道上有疲

22、勞損傷和滾子有凹坑缺陷軸承的振動(dòng)時(shí)間歷程。 圖79b則是其頻譜圖，該圖不便識(shí)別。 圖79c是其倒頻譜，明顯看出有106Hz及26.39Hz成分，理論計(jì)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(dòng)軸承故障信號(hào)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(shí)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(shí)，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(bào)信息,圖79 倒頻譜分析的有效性示意圖,圖710 高線軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖,74 滾動(dòng)軸承

23、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(jī)的26架出現(xiàn)振動(dòng)異常。圖710為高線軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖,1）頻譜分析圖,圖711 26架軋機(jī)振動(dòng)頻譜圖,2）數(shù)據(jù)分析： 表71 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日開始上升的，說(shuō)明故障發(fā)展很快,圖712 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713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日開始上升,圖713 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）2

24、6#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7-12），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

25、的振動(dòng),實(shí)際情況,廠方接到報(bào)告后，立即組織檢修。開箱后發(fā)現(xiàn)1軸MRC7126 KRD4S軸承損壞,圖714 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,例7-2 2005年1月5日，宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的20架出現(xiàn)振動(dòng)異常。圖710為高線軋機(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715、圖717、圖718,圖715 12月28日譜圖錐箱I軸轉(zhuǎn)頻58Hz幅值為0.447 m/s2,圖7-17 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7-18 1月4日頻譜圖（錐箱軸轉(zhuǎn)

26、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)稱形態(tài)。由此可以判斷20架錐箱軸軸承出現(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719,圖720,圖721,例7-3,2005年12月15日，唐山鋼鐵公司高速線材軋機(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)

27、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722 高線精軋機(jī)齒輪箱傳動(dòng)鏈圖,頻譜圖分析,圖723 增速箱12月15日時(shí)域振動(dòng)波形,在圖723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位線偏向上方,圖724 增速箱12月15日頻譜圖,時(shí)域信號(hào)有明顯下延結(jié)構(gòu)是沖擊類振動(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

28、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(dòng)軸承內(nèi)圈斷裂,圖726 吐絲機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖,74 滾動(dòng)軸承故障診斷案例,例7-4： 2006年6月27日，安陽(yáng)鋼鐵公司高速線材軋制線上的吐絲機(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726是吐 絲機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。 作為事后調(diào)查，欲對(duì)所有故障監(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,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727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

29、 值從4月13日（50 m/s）開始有所上升，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 在線系統(tǒng)一直連續(xù)出現(xiàn)紅色警報(bào)（均在200 m/s以上,圖727 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728可見(jiàn)，在26月份軋6.5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

30、728 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729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 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

31、,圖729 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730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)明此時(shí)吐絲機(jī)軸承已經(jīng)損壞了,圖730 II軸軸頻幅值趨勢(shì)圖,3、譜圖分析,1)a35測(cè)點(diǎn)正常時(shí)的時(shí)域波形及頻譜圖（軋6.5鋼,圖731(a) 吐絲機(jī)0

32、6年3月9日19：00時(shí)域波形圖,圖731(b) 吐絲機(jī)06年3月9日19：00頻域波形圖,特征頻率表1,特征頻率表1（圖731 軋6.5鋼時(shí)轉(zhuǎn)速：1071r/min） 吐絲機(jī) a35測(cè)點(diǎn)譜圖數(shù)據(jù)) 圖731顯示為吐絲機(jī)3月9日19：00的時(shí)域和頻域波形圖，吐絲機(jī) II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的振幅為0.151m/s，并且II軸軸頻的2、5、7倍頻的振幅較為突出（見(jiàn)特征頻率表1），這時(shí)II軸已有輕微松動(dòng)故障了。由于振幅相對(duì)很低，不易看出,2)a35測(cè)點(diǎn)峰值明顯上升時(shí)的時(shí)域波形及頻譜圖(軋6.5 鋼,圖732(a) 吐絲機(jī)06年4月25日4：00時(shí)域波形圖,圖732(b) 吐絲機(jī)06年4月25日4：

33、00頻域波形圖,特征頻率表2,特征頻率表2（圖732 軋6.5鋼時(shí)轉(zhuǎn)速：1052r/min） 吐絲機(jī) a35測(cè)點(diǎn)譜圖數(shù)據(jù)) 圖732顯示為吐絲機(jī)4月25日4：00的時(shí)域和頻域波形圖，吐絲機(jī)II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的振幅為0.386m/s，并且II軸軸頻的2、5、7倍頻幅值較為突出（見(jiàn)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(dòng)頻率的振幅上升了2倍多，且II軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的2、5、7倍頻幅值也相對(duì)上升了，表明吐絲機(jī)II軸松動(dòng)故障在逐漸加重,3)a35測(cè)點(diǎn)峰值上升非常大時(shí)的時(shí)域波形及頻譜圖(軋6.5鋼,圖733 吐絲機(jī)06年5月6日10：00時(shí)域和頻域波形圖,特征頻率表3,特征頻率表3（圖733 軋6.5鋼時(shí)轉(zhuǎn)速：1063r/min） 吐絲機(jī) a35測(cè)點(diǎn)譜圖數(shù)據(jù)) 圖733顯示為吐絲機(jī)5月6日10：00的時(shí)域和頻域波形圖，吐絲機(jī)II軸（高速軸）轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的振幅為9.659m/s，并伴有II軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的2、3倍頻振幅較為突出（見(jiàn)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(dòng)頻率振幅上升了20多倍，且II軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的2、3倍頻振幅也相對(duì)上升了，表明吐絲機(jī)II軸上軸承已經(jīng)損壞了。 這個(gè)時(shí)間距軸承破碎還有40多天，而且頻譜圖上已有極明顯的故