演示文稿滾動軸承故障

演示文稿滾動軸承故障現(xiàn)在是1頁\一共有95頁\編輯于星期三（優(yōu)選）滾動軸承故障現(xiàn)在是2頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障

現(xiàn)代工業(yè)通用機械都大量地裝配了滾動軸承。一般說來，滾動軸承是機器中最精密的部件。通常，它們的公差都保持在機器的其余部件的公差的十分之一。但是，由于各種原因，只有10％到20％的軸承能達到它們的設計壽命。其原因很多包括潤滑不當、使用錯誤的潤滑劑、被灰塵和其它外物顆粒污染、不恰當?shù)貎Υ嬖诔鰪S包裝箱之外、受潮氣腐蝕、出廠運輸或待用時錯誤的剝蝕、誤用軸承、軸承安裝不當?shù)?，此外滾動軸承過早發(fā)生損壞的主要因素之一是過大的振動和高的動載。滾動軸承組成

現(xiàn)在是3頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承類型

滾動軸承的類型現(xiàn)在是4頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承為什么會過早損壞？滾動軸承過早發(fā)生故障的主要因素之一是過大的動載荷即振動。如下為理論計算滾珠軸承壽命所用的設計公式，該公式表明了為什么作用在軸承上的動載減少了軸承的壽命：這個公式表明，轉速愈高，預期的壽命愈短。重要的是理論的軸承壽命隨軸承承受的的負載的三次方變化。因此，如果設計者只考慮軸承的靜載和如皮帶拉伸等其他部件靜載。則軸承的理論計算壽命會大打折扣?，F(xiàn)在是5頁\一共有95頁\編輯于星期三縮短滾動軸承壽命的因素舉例說明：今有一根重量為2000磅(908公斤)的轉子，轉速為6000轉/分，在直徑為3英尺（半徑為18英寸）處的轉子上存在一個1盎司(28．35克)的不平衡質(zhì)量。僅由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力可以計算如下：現(xiàn)在是6頁\一共有95頁\編輯于星期三其它縮短滾動軸承壽命的因素及解決對策如果轉子不只是承受不平衡，還承受由于不對中、松動、氣蝕或其它故障引起的動載荷。此外，還有一些影響軸承壽命的因素，包括潤滑不當、使用錯誤的潤滑劑、被灰塵和其它污染物污染、不恰當?shù)膬Υ?、進入潮氣、出廠運輸或使用時嗑碰、刮傷、錯用軸承型號、軸承安裝不當?shù)?。最重要的解決對策是能夠監(jiān)測滾動軸承的狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，監(jiān)測跟蹤其發(fā)展趨勢，并知道何時需更換軸承；正確地采集軸承振動特征信號；分析其振動特征信號完成故障診斷；還可利用高頻包絡解調(diào)信號處理技術，更有效地監(jiān)測出軸承故障。選擇合適的監(jiān)測參數(shù)如振動速度、沖擊脈沖、解調(diào)譜等?，F(xiàn)在是7頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（一）過負荷引起過早疲勞，（包括過緊配合，布氏硬度凹痕和預負荷）減少負荷或重新設計過熱征兆是滾道，球和保持架變色，從金色變?yōu)樗{色溫度超過400F（204℃）使?jié)L道和滾動體材料退火硬度降低導致軸承承重降低和早期失效嚴重情況下引起變形，另外溫升高會降低和破壞潤滑性能現(xiàn)在是8頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（二）布氏硬度凹痕當負荷超過滾道的彈性極限時產(chǎn)生滾道上的凹痕增加振動（噪聲）任何靜態(tài)過負荷和嚴重沖擊產(chǎn)生布氏凹痕偽布式凹痕在每個滾珠位置產(chǎn)生的橢圓形磨損凹痕，光滑，有明顯邊界，周圍有磨削表明嚴重的外部振動隔振和使用抗摩添加劑現(xiàn)在是9頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（三）正常疲勞失效疲勞失效指滾道和滾動體上發(fā)生碎裂，并隨之產(chǎn)生材料碎片剝落這種疲勞為逐漸發(fā)生，一旦開始則迅速擴展，并伴隨明顯的振動增加更換軸承，和設計有更長疲勞壽命的軸承現(xiàn)在是10頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（四）反向載荷角接觸軸承的設計只接受一個方向的軸向載荷當方向相反時，外圈的橢圓接觸區(qū)域被削平。。。結果是應力增加，溫度升高，并產(chǎn)生振動增大和軸承早期失效現(xiàn)在是11頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（五）污染污染是軸承失效的主要原因之一污染的征兆是在滾道和滾動體表面有點痕，導致振動加大和磨損清潔環(huán)境，工具，規(guī)范操作。新軸承的儲運。潤滑油失效滾道和滾子的變色（藍、棕）是潤滑失效的征兆，隨之產(chǎn)生滾道、滾子和保持架磨損，導致過熱和嚴重故障。滾動軸承的正常運行取決于各部件間存在良好油膜失效常常由潤滑不足和過熱引起現(xiàn)在是12頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（六）腐蝕其征兆是在滾道、滾子、保持架或其他位置出現(xiàn)紅棕色區(qū)域原因是軸承接觸腐蝕性流體和氣體嚴重情況下，腐蝕引起軸承早期疲勞失效除掉腐蝕流體，盡可能使用整體密封軸承現(xiàn)在是13頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障原因及其解決（七）不對中不對中的征兆是滾珠在滾道上產(chǎn)生的磨痕與滾道邊緣不平行如果不對中超過0.001in/in，會產(chǎn)生軸承和軸承座異常溫升，和保持架球磨損配合松動配合松動導致配合部件的相對運動，如果這個相對運動輕微但不間斷，則產(chǎn)生磨損這種磨損產(chǎn)生顆粒，并氧化成特殊的棕色。這導致研磨和松動加大。如果松動增大到內(nèi)圈或外圈的顯著運動，安裝表面（孔徑，外徑和側面）將磨損和發(fā)熱，引起噪聲和晃動?，F(xiàn)在是14頁\一共有95頁\編輯于星期三WhyDoBearingsFail?inadequatelubrication

-Lubrication

-Contamination-MountingMethodDynamicload

-misalignment

-imbalance

-bentshaft

-etc.....improperhandlingorinstallationagespallonouterrace現(xiàn)在是15頁\一共有95頁\編輯于星期三TIME典型的軸承壽命周期

(ToCatastrophicFailure)Detectionby

ListenandFeelDetectionbyVelocityMeasurementDamageBeginsDetectionbySKF

Enveloped

AccelerationDetectionbySEETMorHFDPre-WarningTimeBearingFailure現(xiàn)在是16頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障特征頻率BPFO

BallPassFrequencyOuterRaceBPFI

BallPassFrequencyInnerRaceBSF

BallSpinFrequencyFTF

CageFrequencyor

FundamentalTrainFrequency現(xiàn)在是17頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障頻率的顯示現(xiàn)在是18頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承故障發(fā)展的四個不同階段Stage1Stage2Stage3Stage4noapparentchangeontypicalvelocityspectrumdefect’sharmonicfrequenciesappeardefect’sfundamentalfrequenciesalsoappearandmayexhibitsidebandsdefect’sharmonicfrequenciesdevelopmultiplesidebands(haystack),fundamentalfreqs.growandalsodevelopsidebandsdefect’s“fund.”frequencyrangedefect’s“harmonic”frequencyrange現(xiàn)在是19頁\一共有95頁\編輯于星期三Highfrequencyenveloping

Looksforhighenergy,highfrequencyimpacteventsofveryshortduration

DoesnotappearinnormalFFTduetoshortdurationandlowamplitudenatureoftheseimpactevents解調(diào)譜現(xiàn)在是20頁\一共有95頁\編輯于星期三ThisBPFOproblemwouldnotappearinthenormalFFTduetoitsshortduration&lowamplitudeEachtimeaballpassesoverthecrack,itcreatesa

highenergyburstofvibrationlastingaveryshorttimeVibrationLevelTimeBPFO=BallPassFrequencyOuterBPFO現(xiàn)在是21頁\一共有95頁\編輯于星期三Hereisatimewaveformshowingalowfrequencycomponent,superimposedwithhighfrequencynoisefromtheimpacteventsBPFO1XRPM現(xiàn)在是22頁\一共有95頁\編輯于星期三Applyahigh-passfilterthatremovesthelowfrequencycomponentsLeavingtheburstofhighfrequencynoise現(xiàn)在是23頁\一共有95頁\編輯于星期三現(xiàn)在是24頁\一共有95頁\編輯于星期三Enveloparoundthebursttoidentifytheimpacteventsasrepetitionsofthesamefault現(xiàn)在是25頁\一共有95頁\編輯于星期三TheenvelopsignalispassedthroughtheFFTprocess現(xiàn)在是26頁\一共有95頁\編輯于星期三ThefrequencyspectrumclearlypresentstheBPFOpeaksandharmonicsBPFO現(xiàn)在是27頁\一共有95頁\編輯于星期三現(xiàn)在是28頁\一共有95頁\編輯于星期三現(xiàn)在是29頁\一共有95頁\編輯于星期三現(xiàn)在是30頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（一）

滾動軸承一旦產(chǎn)生故障，可能會產(chǎn)生四種類型頻率的振動。這些頻率振動包括：(a)隨機的超聲頻率；(b)軸承零部件的自振頻率；(c)軸承故障特征頻率；(d)軸承故障的和頻及差頻。它們的含義：隨機的超聲頻率振動滾動軸承初始故障時產(chǎn)生的振動，從滾動軸承安裝在設備上直到它們剛發(fā)生故障之前，發(fā)生的頻率范圍從約5000Hz到60000Hz超聲頻率范圍。包括振動尖峰能量(SpikeEneey)，高頻加速度(HFD)，沖擊脈沖(ShockPules)及其他。通常，它們是以總量值評定軸承的狀態(tài)。然而，其頻譜數(shù)據(jù)信息更有份量。下圖給出了滾動軸承振動尖峰能量(SpikeEnegy)報警值。現(xiàn)在是31頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（二）現(xiàn)在是32頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（三）軸承零部件的自振頻率 滾動軸承安裝在機器上時的自振頻率范圍在約為500到2000Hz之間。很重要的一點是，滾動軸承的自振頻率與轉速無關，無論軸的轉速高低它都處在一個相同的頻率位置。軸承故障特征頻率 滾動軸承故障特征頻率就是滾動軸承故障時產(chǎn)生的振動頻率。BPFO–外圈故障特征頻率BPFI–內(nèi)圈故障特征頻率BSF–滾動體故障特征頻率FTF

－保持架故障特征頻率現(xiàn)在是33頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（四）

軸承故障特征頻率有如下特點：軸承的故障頻率與其他故障頻率不同；軸承故障頻率是轉速頻率的非整數(shù)倍；內(nèi)外環(huán)故障頻率的和頻=“軸承滾動體通過頻率”（滾動體個數(shù)×RPM）軸承內(nèi)環(huán)故障頻率往往伴有1X轉速頻率的邊帶；現(xiàn)在是34頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（五）

軸承故障特征頻率有如下特點：軸承外環(huán)故障頻率的幅值高于軸承內(nèi)環(huán)故障頻率的幅值；軸承故障一般在發(fā)展到滾動體和保持架出現(xiàn)故障之前首先出現(xiàn)的是內(nèi)環(huán)或外環(huán)故障頻率；軸承保持架故障頻率通常不是以其基頻出現(xiàn)；當滾動體本身出現(xiàn)故障時，往往會產(chǎn)生不僅滾動體故障頻率(BSF)，還有保持架故障頻率(FTF)；軸承保持架斷裂時，可能出現(xiàn)滾動體旋轉故障頻率；一個以上滾動體有故障時，將產(chǎn)生等于有故障的滾動體數(shù)目×滾動體故障特征頻率的頻率。換言之，如果存在五個滾珠或滾柱上有故障，往往將出現(xiàn)5×滾動體故障頻率的頻率。軸承故障頻率允許的振動幅值，不能給出絕對的答復。它不僅與安裝滾動軸承的具體機器、轉速有關，還與軸承故障頻率傳遞的通路有很大關系。尋找指示明顯的軸承損壞的最重要的標志就是存在軸承故障頻率的諧波頻率，尤其是如果這些頻率伴有1×轉速頻率或軸承其它故障頻率邊帶的話，則應盡快更換該軸承?，F(xiàn)在是35頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（六）

12.評定的低速機器的軸承狀態(tài):

在評定尤其是低于100轉／分轉速的機器的軸承狀態(tài)時，極力推薦采集時域波形和(FFT)頻譜兩者。往往當轉速降到這些值以下時，滾動體滾動通過軸承內(nèi)外環(huán)上缺陷時發(fā)生的脈沖沒有足夠能量產(chǎn)生清楚的，可以檢測出來的FFT譜中的頻率，但是在時域波形中仍然可能清楚的看出來?，F(xiàn)在是36頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障的振動特征（七）

13.為了有效地檢測軸承的故障頻率，應該把振動傳感器置于盡可能靠近軸承的承載區(qū)，尤其是該軸承僅支承徑向負載時，這是很重要的。14.不合適的軸承負載和安裝問題若軸承負載不合適或安裝不恰當，例如，安裝新軸承時，如果軸承與軸承座過盈配合過緊，使軸承“咔入”軸承座中，導致軸承內(nèi)部間隙發(fā)生變化，使?jié)L動體強制被壓向軸承的內(nèi)外環(huán)，出現(xiàn)這種情況，軸承在起動時立即產(chǎn)生軸承外環(huán)和內(nèi)環(huán)的故障頻率。由于安裝不當，對軸承施加了不適當?shù)呢摵苫蜻^大負荷。雖然，可能尚未發(fā)生實際損壞，但是，如果檢測不出這種故障問題并采取措施修正，則該軸承將在其預定壽命之前很早就損壞。

15.軸承潤滑不良產(chǎn)生的頻率潤滑不良的軸承產(chǎn)生的振動信號的特征是在900到1600Hz的頻率范圍內(nèi)，有3或4個尖峰“。這些尖峰之間的差頻在80到130Hz。潤滑良好的軸承的某些特征信號可能也包括這些頻率分量，然而，它們的幅值非常小，約為1.27毫米/秒或更小。當潤滑不良時，該信號的幅值增大到2.54到5.08毫米／秒。

現(xiàn)在是37頁\一共有95頁\編輯于星期三典型的軸承故障發(fā)展過程（一）DetectionbyLubricantAnalysisDetectionbyListenandFeelDetectionbyVibrationDetectionbyAcousticEmissions現(xiàn)在是38頁\一共有95頁\編輯于星期三典型的軸承故障發(fā)展過程（二）軸承故障發(fā)展不是按線性規(guī)律惡化過程，而是按指數(shù)規(guī)律變化

通常約百分之八十至九十的軸承壽命12341X234階段軸承剩余壽命的百分之十至二十階段軸承剩余壽命的百分之五至十階段軸承剩余壽命的百分之一至五階段一小時至軸承剩余壽命的百分之一災難性破壞累積的損傷時間現(xiàn)在是39頁\一共有95頁\編輯于星期三典型的軸承故障發(fā)展過程（三）軸承故障發(fā)展的階段

a．初始階段(第一階段)1．噪聲正常

2．溫度正常

3．可以用超聲，振動尖峰能量，聲發(fā)射測量出來，軸外環(huán)有缺陷

4．振動總量比較小，無離散的軸承故障頻率尖峰

5．剩余壽命大于10％

b.第二階段

1．噪聲略增大

2．溫度正常

3．超聲，聲發(fā)射，振動尖峰能量有大的增加，軸承外環(huán)有缺陷，

4．振動總量略增大(振動加速度總量和振動速度總量)5．對數(shù)刻度頻譜上可清楚看到軸承故障頻率，在線性刻度頻譜上難得看到，噪聲地平明顯提高

6.剩余壽命5％

現(xiàn)在是40頁\一共有95頁\編輯于星期三典型的軸承故障發(fā)展過程（四）c．第三階段

1．可聽到噪聲

2．溫度略升高

3．非常高的超聲，聲發(fā)射，振動尖峰能量，軸承外環(huán)有故障

4．振動加速度總量和振動速度總量有大的增加

5．在線性刻度的頻譜上清楚地看出軸承故障頻率及其諧波和邊帶

6．振動頻譜噪聲地平明顯提高

7．剩余壽命小于1％d．第四階段

1．噪聲的強度改變

2．溫度明顯升高

3．超聲，聲發(fā)射。振動尖峰能量迅速增大，隨后逐漸減小，軸承外環(huán)處在損壞之前故障狀態(tài)

4．振動速度總量和振動位移總量明顯增大，振動加速度總量減小

5．較低的軸承故障頻率占優(yōu)勢的振動尖峰，振動頻譜中噪聲地平非常高、剩余壽命小于0.2％現(xiàn)在是41頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障發(fā)展的四個階段Stage1Stage2Stage3Stage4noapparentchangeontypicalvelocityspectrumdefect’sharmonicfrequenciesappeardefect’sfundamentalfrequenciesalsoappearandmayexhibitsidebandsdefect’sharmonicfrequenciesdevelopmultiplesidebands(haystack),fundamentalfreqs.growandalsodevelopsidebandsdefect’s“fund.”frequencyrangedefect’s“harmonic”frequencyrange現(xiàn)在是42頁\一共有95頁\編輯于星期三解調(diào)頻譜作為一個早期指示故障的測量參數(shù)檢查正常頻譜和解調(diào)頻譜：都沒有故障頻率，狀態(tài)良好，作為基線繼續(xù)監(jiān)測只在解調(diào)頻譜存在故障頻率，早期故障指示，或需要潤滑在兩種頻譜中都存在譜峰值，計劃下一次維修更換軸承只在正常頻譜中存在峰值，同時在解調(diào)頻譜中噪聲水平升高，立即更換解調(diào)分析原理現(xiàn)在是43頁\一共有95頁\編輯于星期三

球/滾動體撞擊缺陷產(chǎn)生“沖擊波”.

軸承“像一個鈡響”(共鳴).

解調(diào)頻譜解調(diào)頻譜的測量現(xiàn)在是44頁\一共有95頁\編輯于星期三

軸承外圈有缺陷時，在解調(diào)頻譜上可見軸承外圈缺陷頻率BPFO及其高次諧波，如果外圈轉動的軸承，可能出現(xiàn)其轉速頻率的邊頻。軸承外圈故障的解調(diào)頻譜特點軸承外圈缺陷軸承外圈缺陷解調(diào)譜現(xiàn)在是45頁\一共有95頁\編輯于星期三

軸承內(nèi)圈有缺陷時，在解調(diào)頻譜上可見軸承內(nèi)圈缺陷頻率BPFI及其高次諧波，對內(nèi)圈轉動的軸承，可能出現(xiàn)其轉速頻率的邊頻。軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜特點軸承內(nèi)圈缺陷軸承內(nèi)圈缺陷解調(diào)譜現(xiàn)在是46頁\一共有95頁\編輯于星期三

軸承滾動體有缺陷時，在解調(diào)頻譜上可見軸承滾動體缺陷頻率BSF及其高次諧波，以及出現(xiàn)轉速頻率的邊頻；此外，由于滾動體對外圈的碰撞強于對內(nèi)圈的碰撞，在解調(diào)譜上還會存在BSF的半諧波。軸承滾動體故障的解調(diào)頻譜特點軸承滾動體缺陷軸承滾動體缺陷解調(diào)譜現(xiàn)在是47頁\一共有95頁\編輯于星期三

軸承保持架有缺陷時，在解調(diào)頻譜上可見軸承保持架缺陷頻率FIF及其高次諧波；此外，由于軸承潤滑不良也會引起保持架與滾動體的直接接觸而出現(xiàn)保持架缺陷頻率。軸承保持架故障的解調(diào)頻譜特點軸承保持架缺陷軸承保持架缺陷解調(diào)譜現(xiàn)在是48頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜舉例現(xiàn)在是49頁\一共有95頁\編輯于星期三

解調(diào)譜與頻譜

振動解調(diào)可以在滾動軸承故障發(fā)展的初始階段檢測到故障信息，并且可跟蹤軸承故障發(fā)展，在第二，三和第四階段中以不同的信息反映軸承不同的故障狀態(tài)。同時采用振動速度或振動加速度檢測常規(guī)振動頻譜可以在滾動軸承故障發(fā)展的第三階段有效地檢測到軸承的故障頻率(內(nèi)環(huán)故障BPFI，外環(huán)故障BPFO，滾動體故障BSF和保持架故障FTF)等。振動解調(diào)和振動速度或振動加速度相結合可以有效地早期檢測滾動軸承的故障?，F(xiàn)在是50頁\一共有95頁\編輯于星期三用振動解調(diào)譜檢測出第一階段軸承故障現(xiàn)在是51頁\一共有95頁\編輯于星期三用振動頻譜沒有檢測出第一階段軸承故障

現(xiàn)在是52頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障頻率計算(1)保持架故障頻率：FTF=(1/2){No［1+（d/D）Cosφ]+Ni［1-（d/D）Cosφ]}滾動體旋轉故障頻率：BSF=(1/2)(D/d)|No-Ni|{[1-(d/D)Cosφ]2}

外環(huán)故障頻率： BPFO=(1/2)n|No-Ni|[1-(d/D)Cosφ]

內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFI=(1/2)n|Ni-No|[1+(d/D)Cosφ］上述公式中的符號：

d=滾動體直徑；D=滾動軸承平均直徑(滾動體中心處直徑)；φ=徑向方向接觸角；n=滾動體數(shù)目；No=軸承外環(huán)角速度；Ni=軸承內(nèi)環(huán)角速度(=軸轉速).注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)和軸承內(nèi)環(huán)都旋轉.現(xiàn)在是53頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障頻率計算(2)滾動軸承保持架故障頻率： FTF=(N/2)［1-（d/D）Cosφ]滾動軸承滾動體旋轉故障頻率：

BSF=(N/2)(D/d){1-[(d/D)Cosφ］2}

滾動軸承外環(huán)故障頻率：

BPFO=(N/2)n[1-(d/D)Cosφ]

滾動軸承內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFI=(N/2)n[1+(d/D)Cosφ］以上符號：d=滾動體直徑；

D=滾動軸承平均直徑(滾動體中心處直徑)；φ=徑向方向接觸角；n=滾動體數(shù)目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.現(xiàn)在是54頁\一共有95頁\編輯于星期三

滾動軸承故障頻率計算(3)-經(jīng)驗公式外環(huán)故障頻率：BPFOr≌0.4Nn

內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIr≌0.6Nn保持架故障頻率：FTFr≌0.4N

以上符號：n=滾動體數(shù)目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.現(xiàn)在是55頁\一共有95頁\編輯于星期三滾動軸承故障頻率計算(4)-估算公式外環(huán)故障頻率：BPFOe≌N(0.5n-1.2)

內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIe≌N(0.5n+1.2)滾動體故障頻率：BSFe≌N(0.2n-1.2/n)保持架故障頻率：FTFe≌N(0.5-1.2/n)

以上符號：n=滾動體數(shù)目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.現(xiàn)在是56頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項軸承的工作表現(xiàn)角接觸軸承，應該在整個軸承的兩個滾道上有一個均勻的推力載荷，在這種情況下，如果軸承產(chǎn)生問題，將產(chǎn)生一系列球通過頻率的諧頻，所產(chǎn)生的諧頻數(shù)量是與兩個滾道的負載區(qū)長度有關。對深溝球軸承，在大約三分之一的周長內(nèi)，承受的是徑向負荷，在這種情況下，如果軸承出現(xiàn)了一個缺陷，會在負載區(qū)產(chǎn)生單一的球通過頻率，如果出現(xiàn)兩個缺陷，就會產(chǎn)生2×的軸承球通過頻率的諧頻。如果負荷是來自轉子，如動不平衡，疲勞后在軸承的內(nèi)圈滾道上就會有一個缺陷產(chǎn)生（內(nèi)圈旋轉，外圈固定），這是的負載區(qū)總是處在軸承內(nèi)圈的一個點上。如果負載是來自轉子的外部，如拉得過緊的皮帶等，那么軸承疲勞后所產(chǎn)生的缺陷會是在軸承的外圈的負載區(qū)上，這是因為負載區(qū)總是在外圈的固定位置。當軸承缺陷產(chǎn)生以后，它會逐漸擴大，并且軸承故障頻帶帶寬也會越來越寬，軸承特征頻率也會逐漸被機器的轉頻所調(diào)制，軸承特征頻率及其加減轉頻也會出現(xiàn)在頻譜圖上，調(diào)制過程一直存在，直到特征頻率消失，然后頻譜圖變成一系列譜線，其差值為機器的轉頻，當出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，軸承缺陷已經(jīng)發(fā)展到比較嚴重的地步?，F(xiàn)在是57頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項只有當軸承內(nèi)圈上缺陷位于軸承的承載區(qū)時，軸承內(nèi)圈的故障特征頻率BPFI，才能生產(chǎn)出來。外圈滾道頻譜圖5-6是從到電機的驅動端徑向方向測量得到的，軸承型號為NU319，為圓柱滾子軸承，有14個滾子來自不同生廠家的軸承可能會有不同的滾動體個數(shù)，所以這要引起注意。電機的轉速是29.6Hz，經(jīng)計算：BPFO＝170.67Hz現(xiàn)在是58頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項對于圖5-6有幾點需要注意：軸承保持架的特征頻率12.5Hz，及其二，三次諧頻存在，這說明軸承存在松動問題。圖中可見機器的轉頻，可認為有殘余不平衡，過載，和松動問題的存在。170Hz的譜線就是所測量的BPFO，140Hz的振動成分是BPFO和電機轉頻之差即170-30＝140Hz，這個邊頻成份說明軸承外圈上的缺陷較大以至轉軸與軸承間產(chǎn)生了相對運動。340Hz的譜線是BPFO的二倍諧頻，它是由于缺陷的凹痕碎片引起，與缺陷大小無關。852.5Hz是5×BPFO，同樣是由于缺陷的凹痕碎片引起。具有0.4IPS幅值的BPFO譜線，通常說明是在軸承外圈產(chǎn)生了缺陷所引起，這是因為：缺陷是處在負荷區(qū)。從軸承外圈到軸承座，信號傳輸經(jīng)過的路徑較短。引起軸承外圈缺陷的原因是外界對轉軸存在有做用力，在這個例子中是皮帶太緊?，F(xiàn)在是59頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項圖5-7是產(chǎn)生圖5-6頻譜圖的軸承外圈缺陷照片。現(xiàn)在是60頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項軸承內(nèi)圈滾道頻譜圖5-8是一個具有內(nèi)圈缺陷的6313軸承上測得的，這個軸承是安裝在一臺300HP的電機的非負荷端，電機的轉頻為19.6Hz，軸承的BPFI計算值為：96.6Hz，從頻譜圖5-8可以看出：低幅值的19.5Hz譜線及其諧頻，說明了松動問題的存在。96Hz的譜線是軸承的BPFI，它沒有被軸轉頻所調(diào)制，這說明缺陷點還較小。193Hz譜線是BPFI的二倍諧頻，是由于缺陷的凹痕碎片引起。現(xiàn)在是61頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項軸承內(nèi)圈滾道圖5-9這個軸承內(nèi)圈的缺陷的照片，這個軸承已經(jīng)使用了10多年，壽命到了。請注意這只是一個淺的剝落缺陷。現(xiàn)在是62頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項當在軸承內(nèi)圈上的缺陷很小時，如內(nèi)圈上的裂紋或小的剝落，這時的內(nèi)圈故障頻率不一定能出現(xiàn)，因為產(chǎn)生內(nèi)圈的故障頻率至少得有兩個以上滾動體撞擊缺陷。否則在轉軸每旋轉一周時不僅產(chǎn)生內(nèi)圈的故障頻率，也會產(chǎn)生脈沖做用，由此會激發(fā)起自振頻率。經(jīng)過付氏分析這個脈沖信號會產(chǎn)生一系列的轉頻的諧頻譜線，這些譜線的頻率差就是軸的轉頻，在這種情況下，內(nèi)圈的故障頻率可能不會出現(xiàn)。圖5-10是從轉速為120rpm的22338軸承上測量得到的時間波形和頻譜圖，經(jīng)計算其BPFI為17.6Hz，這個軸承的內(nèi)圈上已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋。由圖5-10可見，軸每轉一周，就產(chǎn)生一個脈沖，而BPFI在頻譜圖上確沒有出現(xiàn)，這就是說明，在每轉中至少有一個以上的滾動體撞擊缺陷時，才能產(chǎn)生出BPFI譜線出來。

現(xiàn)在是63頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項圖5-11是一具有內(nèi)圈裂紋的軸承時間波形和頻譜圖，軸承型號是23260CA，具有18個球的球型滾子軸承。轉頻是0.62Hz，BPFO是4.795Hz，BPFI是6.365Hz。首先我們看時間波形，可以看到大約有8秒的時間，在這個時間段中測量得到5組脈沖，在每組脈之間的時間間隔為1.613秒，這個是內(nèi)圈轉動一周的時間，在每組脈沖中，每個脈沖間的時間為157ms，這個就是每個滾動體撞擊裂紋的時間周期。從左到右依次觀察第一，第四和第五組脈沖，可以看到當裂紋通過負載區(qū)時有三個個滾動體撞擊裂紋，我們可以從每組脈沖中含有三個脈沖得到證實，當內(nèi)圈上的裂紋進入負載區(qū)后，有多少個滾動體撞擊裂紋取決于：現(xiàn)在是64頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項1.當裂紋剛進入負載區(qū)時，是否與滾動體相撞，或裂紋是否是在兩滾動體之間進入到負載區(qū)。2.負載區(qū)的長度。3.當滾動體與裂紋相撞后發(fā)生了什么，裂紋張開了嗎？張開多少？還是裂紋仍然是閉合的。經(jīng)過付氏變換生成頻譜圖，有如下要點：不存在BPFI基頻成分，這是有脈沖產(chǎn)生時的特性。有六個BPFI的諧頻出現(xiàn)，這些諧頻都被軸轉頻所調(diào)制。這些BPFI諧頻的幅值都較低，大約為0.002IPS。在上面2和3提到的寬帶譜線和低幅值是具有良好脈沖阻尼的特點，與缺陷大小無關。在時間波形圖中脈沖信號的幅值大約是0.05IPS，而在頻譜圖中的通頻有效值幅只有0.008IPS，相差6倍多，這是因為在脈沖信號中含有很少的能量。這個說明在某些場合，嚴重的問題光測量幅值和做通頻幅值趨勢是不能識別出來的。在問題的診斷中要設置報警在每個問題中如果不使用時間波形，有些嚴重的問題可能會被忽視?，F(xiàn)在是65頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項外圈和內(nèi)圈滾道缺陷幅值比較當軸承內(nèi)外圈上的缺陷一樣大時，其振動幅值是大不相同的。原因是：1、傳輸路徑不同，當軸承的滾動體撞擊外圈上的缺陷時，其引起的振動信號必須傳輸通過軸承的外圈，外圈和軸承座間的界面，軸承座以及軸承座與振動傳感器間的界面，然后才能通過傳感器將振動信號轉變成電信號。而當軸承缺陷是是內(nèi)圈上時，振動信號必須傳輸通過的路徑為滾動體與軸承內(nèi)圈間的油膜，滾動體，滾動體與外圈間的油膜，外圈，外圈與軸承座間的界面，軸承座，軸承座與振動傳感器間的界面，然后才能轉換成電信號。結果是軸承內(nèi)圈缺陷引起振動的幅值會比軸承外圈缺陷引起的振動的幅值大大削弱?，F(xiàn)在是66頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項外圈和內(nèi)圈滾道缺陷幅值比較2、承載區(qū)不同，當軸承外圈上有一個缺陷時，它總是處在軸承的負載區(qū)中，所以BPFO總能被激發(fā)出來，所以軸承外圈缺陷的振動幅值相當高，一般超過0.5IPS。當軸承內(nèi)圈上有個缺陷時，這個缺陷只能是隨轉軸轉過一周時通過一次負載區(qū)，當缺陷離開負載區(qū)時，BPFI的幅值就會很小，對球型滾子軸承和類似的軸承，當缺陷不在負載區(qū)時，幾乎沒有BPFI產(chǎn)生，所以只有當轉軸每轉動一周時，軸承內(nèi)圈的缺陷才能通過一次負載區(qū)而產(chǎn)生BPFI，經(jīng)過付氏變換后產(chǎn)生幅值較低的BPFI及其諧頻，并且被轉頻所調(diào)制?，F(xiàn)在是67頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項滾動體故障頻率當軸承上有一個滾子產(chǎn)生了缺陷，如果這個滾子或球轉動時，其上的缺陷可以分別撞擊到軸承的內(nèi)圈和外圈，那么就可以產(chǎn)生兩倍的BSF振動成分，在頻譜圖上可以看到2×BSF譜線，這個振動信號通常要傳輸通過較多的界面，在某些情況下不能測量得到。在滾動體上的缺陷也會撞擊保持架，引起產(chǎn)生保持架的振動頻率成分，這個由于球或滾子上的缺陷引起的保持架的振動成分很少是單獨存在的，通常它是以調(diào)制其它振動成分存在，如調(diào)制軸承內(nèi)外圈的特征頻率，機器的轉頻等。如果有保持架的強烈調(diào)制及和寬頻帶的噪聲存在，通常就說明有若干個球或滾子存在了缺陷。圖5-12就是一個有三個球存在缺陷的軸承振動頻譜圖。

現(xiàn)在是68頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項在上圖中，保持架的特征頻率大約為11.4Hz，如果在這個軸承上存在BPFO或BPFI，那么FTF就會調(diào)制這些頻率成分，在較嚴重的情形下，如圖5-12就是這樣，F(xiàn)TF會激發(fā)起一個或多個自振頻率。當有自振產(chǎn)生時，自振頻率會被激振頻率所調(diào)制，在本例中激振頻率就是FTF，在243Hz周圍的頻帶就是被激發(fā)起來的自振頻率，在頻帶上的譜線間的頻率差等于FTF，

現(xiàn)在是69頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項圖5-14是一個軸承其中一個球有了缺陷，所產(chǎn)生的振動時間波形圖和頻譜圖。在頻譜圖中，有幾組譜線簇，在每條譜線之間的頻率差是2.5Hz，這個是保持架頻率FTF，在每個譜線簇之間的頻率差是32.5Hz，這是頻率是兩倍的BSF，在時間波形中對理解這個振動的產(chǎn)生更有幫助?，F(xiàn)在是70頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項在時間波形中，有兩組脈沖信號，在每組脈沖信號之間的時間差是404.8ms，對應于2.47Hz，這個時間是保持架旋轉一周所用的時間，或者為保持架頻率（FTF），在每個脈沖之間的時間差為30.4ms或32.5Hz，這個就是二倍的球自轉頻率（BSF），在每個脈沖中的每個循環(huán)之間的時間差大約為5至6個毫秒，是激發(fā)起來的195Hz和165Hz的自振頻率。圖5-14可以得到如下幾個結論，首先，這個軸承可能有一個輥子已經(jīng)有了缺陷，當這個輥子不在負載區(qū)時，這個輥子的缺陷沒有撞擊內(nèi)外圈滾道，然而當這個輥子進入負載區(qū)后，這個缺陷就會分別與內(nèi)外圈滾道相撞，當這個有缺陷的輥子離開負載區(qū)后，就不會再與內(nèi)外圈滾道相撞，直到這個輥子再次進入負載區(qū)，這個周期就是保持架每一轉的時間。

現(xiàn)在是71頁\一共有95頁\編輯于星期三診斷滾動軸承故障的其它注意事項

軸承上多個缺陷問題在有缺陷的滾動軸承中，所產(chǎn)生的譜線頻率可以進行相加或相減，這種現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，一些有缺陷的軸承所產(chǎn)生的振動信號，并不總是軸承的基本故障特征頻率BPFO,BPFI,BSF或FTF。見圖5-16，圖中的譜線是等于軸承缺陷所引起的軸承基本特征頻率的和或差值，學會識別頻譜圖中每個峰值的構成將揭示出軸承中的每個缺陷。現(xiàn)在是72頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承上多個缺陷問題單一的軸承缺陷，可以通過它所產(chǎn)生的頻率成分識別出來，當軸承同時有多個缺陷時，其識別還是通過基本的軸承故障特征頻率，但在頻譜圖上多半是以軸承故障特征頻率的和或差頻存在。分析復雜的頻譜是比較我困難的，首先是識別任何基本的軸承故障特征頻率，然后，識別基本軸承故障特征頻率的諧頻1×，2×等，最后，對任何遺留的頻率峰值，用已經(jīng)識別出來的軸承故障特征頻率的加減組合進行識別。在圖5-16中的頻譜圖中，軸承型號為6313球軸承，這個軸承呈受軸向載荷，具有至少15°的接觸角，是安裝在一臺300HP的電機上，電機的轉速為29.6Hz，在正常情況下，會有如下頻率成分產(chǎn)生：BPFO=91.43,BPFI=145.37,FTF=11.43,2×BSF=123.25，然而由于這個軸承有15°的接觸角，經(jīng)計算得到：BPFO=92.35,BPFI=144.45,FTF=11.54,2×BSF=123.67。

現(xiàn)在是73頁\一共有95頁\編輯于星期三軸承上多個缺陷問題被轉頻29.6Hz調(diào)制的865Hz譜線，是6×144.2Hz，這個軸承有13個滾動體，因為疲勞產(chǎn)生缺陷，它是呈受推力負荷，在內(nèi)圈滾道上整周分布著缺陷，所以產(chǎn)生了有六個球通過軸承內(nèi)圈缺陷的頻率。所以865Hz說明，軸承是處在推力負荷下，在內(nèi)圈整周都有缺陷存在。720Hz的譜線，是5×BPFI，具有很大的能量并被轉頻29.6Hz所調(diào)制，說明缺陷是很嚴重的。譜線260Hz是2×BPFI減去轉頻（2×144.2Hz－29.6Hz＝258.8Hz），譜線115Hz是BPFI減去轉頻（144.2Hz－29.6Hz＝114.6Hz），最后一條30Hz的譜線就是轉頻。這個軸承為什么能夠損壞，正常安裝的電機軸承，在軸上需要過盈配合，在軸承室需要滑動配合，要有足夠的軸向間隙，允許電機轉子可自動調(diào)整到磁力中心處，同時允許轉子熱脹冷縮的需要。這臺電機沒有軸向間隙，轉子熱彭脹引起作用于軸承內(nèi)圈上的軸向負荷，導至軸承過早損壞，為了解決這個問題，將安裝軸承處的軸肩宿短?，F(xiàn)在是74頁\一共有95頁\編輯于星期三如何精確地診斷產(chǎn)生軸承問題的原因

預測維修，精確地診斷出問題，以及失效的原因，然后經(jīng)工程師和維修車間的工作，將失效的原因去除，使設備恢復到正常的壽命。當在確定問題原因時，下面提示或許是有幫助的：1、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的內(nèi)圈，那么失效的原因一般是與內(nèi)部轉動部件有關，比如，偏心的軸，轉子不平衡或由轉子產(chǎn)生的軸向推力負荷。2、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的外圈，那么失效的原因一般是與外部轉動部件有關，比如，在軸承室中的碎片異物，軸承室的不良接觸，過緊的皮帶，或安裝不正的軸承外圈。3、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的內(nèi)外圈和滾動體上，那么失效的原因一般是與潤滑有關。現(xiàn)在是75頁\一共有95頁\編輯于星期三實際診斷軸承故障的例子

下面所講述的是一個實際軸承損壞例子，一個新的由潤滑脂潤滑的5313軸承，安裝在以垂直方式安裝，高度為8英尺的泵上，直接由一臺125HP電機驅動，這個泵的功能是將98%的硫酸泵入冷卻盤圈。不平衡，不對中，汽蝕，和其它與泵有關的振動問題都不是損壞的原因。這個軸承是雙列球軸承，每列有12個球，每個球的直徑是0.906英寸，節(jié)圓直徑為3.642英寸，BPFO的計算值為139.3Hz，BPFI為215.9Hz，F(xiàn)TF為11.6Hz，2×BSF為113.5Hz，在這里計算使用的接觸角為30°現(xiàn)在是76頁\一共有95頁\編輯于星期三實際診斷軸承故障的例子

現(xiàn)在是77頁\一共有95頁\編輯于星期三實際診斷軸承故障的例子

在頻譜圖5-19的底部，顯示出30Hz峰值，說明存在在允許范圍內(nèi)的殘余不平衡量，150Hz峰值是葉片通過頻率，并不嚴重。在280Hz到1820Hz范圍內(nèi)的低幅值峰值，是由于在軸承外圈上的小缺陷產(chǎn)生的。這是因為，在每個峰值處的頻率差為140Hz，這個頻率正是軸承外圈的球通過頻率，幅值較低說明缺陷較小，其諧頻的數(shù)量說明了缺陷分布于整個外圈滾道，此時，這個軸承不會馬上失效。在圖5-19中的第二幅頻譜圖，是晚兩天采集的，軸承故障頻率的幅值，稍微有所增加，葉片通過頻率也是稍微有所增加，此時軸承上缺陷稍有惡化，幅值的增加可能是因為增加了負荷所引起。在圖5-19中的第三幅頻譜圖，是采集于5天以后，軸承的故障頻率振動幅值仍然在不斷增大，但譜線不再是清晰可辨的了，軸承故障頻率被保持架頻率所調(diào)制，寬帶的峰值說明在軸承外圈上的缺陷，由于球的滾動使其恢復到光滑狀態(tài)。當存在了保持架的調(diào)制作用時，這說明球上已經(jīng)有了缺陷，此時問題仍然還不嚴重?，F(xiàn)在是78頁\一共有95頁\編輯于星期三實際診斷軸承故障的例子

在圖5-19最上面的一幅圖頻譜圖，是兩天后測量得到的，從這幅圖可以看出，軸承的狀態(tài)已經(jīng)明顯惡化，注意，殘余不平衡和葉片通過頻率仍然保持原來的幅值大小，然而，軸承的外圈故障頻率的幅值變得很大，并且被保持架頻率所調(diào)制，注意到在280,420,560和700Hz之間的頻率差是140Hz，或是BPFO。頻率840,1120和1400Hz間的頻率差是280Hz，是兩倍的BPFO，現(xiàn)在可以清楚地看出，這個軸承要在最近的機會，更換掉。圖5-20最下面的一幅頻譜圖，是測量于更換軸承兩天后，從圖可見，仍然存在軸承外圈滾道缺陷和球上的缺陷，但已經(jīng)是新的頻率成份，在375,590和805Hz之間的頻率差值為215Hz或是BPFI，這個軸承上在內(nèi)圈滾道的圓周上和外圈滾道的圓周上都分布有缺陷，并且在球上有嚴生的缺陷，這個軸承的狀態(tài)非常不好，維修時間定在了兩天之后?，F(xiàn)在是79頁\一共有95頁\編輯于星期三實際診斷軸承故障的例子

在圖5-20上部的頻譜圖是更換新軸承后測量得到的，更換新軸承后，振動通頻值大約為0.05IPS，從這幅圖可以看出這個泵是處在良好狀態(tài)下?，F(xiàn)在是80頁\一共有95頁\編輯于星期三常見軸承問題酸蝕當軸承是工作在具有高濕度的含酸環(huán)境中，或有酸蒸汽的環(huán)境下時，腐蝕或酸蝕常是軸承損壞的原因，這種問題可以從其頻譜圖上所具有的獨特的外形和頻率成分得到識別。頻譜圖的形狀，可以是含有許多譜線但幅值較低（小于3.81mm/s），當有幅值超過3.81mm/s時，可以說明有散裂存在。這時的BPFO，BPFI或2×BSF可能沒有出現(xiàn)，然而，諧頻，和頻和差頻出現(xiàn)在2000Hz以上。對于球軸承，淺層剝落疲勞缺陷會分布在整個內(nèi)圈滾道上，產(chǎn)生BPFI及其6×以上的諧頻。如果缺陷是發(fā)生在軸承的外圈，會產(chǎn)生BPFO及其7×以上的諧頻。當軸承產(chǎn)生多諧頻振動時，并且其幅值較低，可能的原因就可能是腐蝕或酸蝕?，F(xiàn)在是81頁\一共有95頁\編輯于星期三常見軸承問題圖5-37和5-38頻譜圖，是從輸送硫酸的泵上測得的，泵的轉速為29.6Hz，軸承是6308深溝球軸承，軸承的特征頻率為：BPFO=89.5,BPFI=147.3,FTF=11.2而2×BSF=113.9Hz?，F(xiàn)在是82頁\一共有95頁\編輯于星期三常見軸承問題由圖5-37可見，高幅值的譜線是出現(xiàn)在1435和1580Hz處，這個說明是潤滑不良問題，1580-1435=145Hz是BPFI，同時也注意到在470,615,760和910Hz都是BPFI的諧頻，這些諧頻的幅值都相當?shù)牡?，所以缺陷也可能相當小。現(xiàn)在是83頁\一共有95頁\編輯于星期三常見軸承問題電蝕當有電流通過軸承時，產(chǎn)生的損傷稱為電蝕。在設備旁焊接作業(yè)時，有時就在軸承處形成電流回路，有電流通過軸承的內(nèi)圈或外圈，由此在軸承內(nèi)各別件間產(chǎn)生電弧，此外電蝕也可以因為渦電流充放電而產(chǎn)生，渦電流也會流經(jīng)軸承而產(chǎn)生電弧。最常見的電蝕問題發(fā)生在直流電動機中，其中的軸承損壞多半是因為電蝕問題，電蝕可以發(fā)生在電機的驅動端，非驅動端，軸承的內(nèi)圈，外圈，或滾動體上都有可能發(fā)生。在電機的驅動端軸上安裝接地碳刷，對防止產(chǎn)生電蝕有良好的做用。