滚动轴承故障诊断实用课件.ppt

1、滚动轴承故障诊断优选滚动轴承故障诊断优选滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术概述概述l滚动轴承是旋转机械中的重要零件滚动轴承是旋转机械中的重要零件l滚动轴承的优点滚动轴承的优点n摩擦系数小，运动精度高n对润滑剂的黏度不敏感，多数滚动轴承可使用润滑脂n低速下也能承受载荷n产品已经国际标准化，易于大批量生产，成本低廉，互换性好l滚动轴承的缺点滚动轴承的缺点n承受冲击的能力差n滚动体上的载荷分布不均匀概述概述l滚动轴承的组成滚动轴承的组成n外圈n内圈

2、n滚动体n保持架l按承载方向分类按承载方向分类n向心轴承n推力轴承n向心推力轴承概述概述l滚动轴承的安装滚动轴承的安装n冷压法和热套法n压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等l滚动轴承的拆卸滚动轴承的拆卸n使用专门的拆卸工具滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 疲劳剥落疲劳剥落 磨损磨损 锈蚀锈蚀 塑性变形塑性变形 断裂断裂 胶合胶合 保持架损坏保持架损坏B点之后有更频繁的金属之间直接接触及滑动，润滑剂恶化甚至发生炭化，直至发生胶合滚动轴承故障形式与原因硬度降低

3、导致轴承承重降低和早期失效由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段fb=0.一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故Xp/Xrms增大Time domain通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据损伤部分与滚动体发生冲击接触的位置不同，振动的振幅会发生周期性的变化，即发生振幅调制。超过ISO2372国际标准中“C”级振动强度等级7.(主要)绝对判定标准是指用于判断实测振值是否超限的绝对量值温度超过400F（204）使滚道和滚动体材料退火振动频率：为轴承各部分的固有频率无故障轴承：典型正态分布曲

4、线外圈与内圈关系：fo+fi=zfr引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固有频率：用信号的峰值、RMS值或峭度指标作为监测参数测点3轴承型号 SKF22230常见故障形式常见故障形式l疲劳剥落疲劳剥落n原因 内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动承受载荷又相对滚动，交变载荷的作用，在表面下一定深度处形成裂纹，裂纹扩展到接触表面使表层发生剥落坑n后果 造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因内圈疲劳失效外圈疲劳失效常见故障形式常见故障形式l疲劳剥落疲劳剥落n是轴承失效的主要形式n一般

5、所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命疲劳寿命n滚动轴承的额定寿命 在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳剥落坑就认为轴承寿命终结 同一批轴承中，最高寿命与最低寿命可以相差几十倍甚至上百倍，因此正确诊断轴承故障可以合理利用轴承的寿命滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因常见故障形式常见故障形式l磨损磨损n原因 尘埃、异物的侵入 润滑不良n后果 轴承游隙增大，表面粗糙度增加 轴承运转精度降低，振动和噪声增大滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因常见故障形式常见故障形式l锈蚀锈蚀n原因 水分或酸、碱性物质的侵入 轴承停止工作后，轴承温度

6、下降，空气中的水分凝结 电流通过，引起电火花而产生电蚀n后果 高精度轴承由于表面锈蚀导致精度丧失而不能正常工作滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因常见故障形式常见故障形式滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因l塑性变形塑性变形n原因：原因：轴承受到过大的冲击载荷或静载荷，热变形引起额外的载荷轴承受到过大的冲击载荷或静载荷，热变形引起额外的载荷 硬度很高的异物侵入硬度很高的异物侵入n后果：后果：运转过程中产生剧烈的振动和噪声运转过程中产生剧烈的振动和噪声 压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表

7、面的剥落l胶合胶合n原因原因:在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘附到另一个表面上附到另一个表面上n后果后果:出现压痕，产生剥落区出现压痕，产生剥落区常见故障形式常见故障形式滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因l保持架损坏保持架损坏n原因：原因：由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形n后果：后果：保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动

8、体卡死不能滚动，保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死不能滚动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦 会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏l保持架断裂保持架断裂n原因：原因：过高的载荷可能引起轴承零件断裂过高的载荷可能引起轴承零件断裂 金属材料有缺陷和热处理不良金属材料有缺陷和热处理不良 转速过高，润滑不良转速过高，润滑不良n后果：后果：轴承出现裂纹，加速劣化轴承出现裂纹，加速劣化常见故障原因综述常见故障原因综述l装配不当装配不当l润滑不良润滑不良l腐蚀腐蚀n水分和异物侵入n征兆是在滚道、滚子、保持

9、架或其他位置出现红棕色区域l过热过热n征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色n温度超过400F（204）使滚道和滚动体材料退火n硬度降低导致轴承承重降低和早期失效n严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能l过载过载n引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术疲劳剥落疲劳剥落磨损磨损锈蚀锈蚀塑性变形塑性变形断裂断裂胶合胶合保持架损坏保持架

10、损坏 装配不当装配不当 润滑不良润滑不良 腐蚀腐蚀 过热过热 过载过载滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动l轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动n滚动轴承承载时，由于不同的位置承载的滚动体数目不同承载的滚动体数目不同，因而承载刚度承载刚度会有变化，引起轴心的起伏波动n采用游隙较小的轴承或加预紧力可减小此振动滚动轴承的

11、承载刚度和滚子位置的关系振动原因分析振动原因分析滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理l轴承的装配制造原因引起的振动轴承的装配制造原因引起的振动n在轴承制造过程中，加工设备的振动而产生加工面的波纹度波纹度n滚动体大小不均匀滚动体大小不均匀引起轴心摆动振动原因分析振动原因分析滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的

12、振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动n 磨损磨损n 胶合胶合n 疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤 l轴承磨损轴承磨损n随着磨损的进行，振动加速度峰值和RMS值缓慢上升，振动信号呈现较强的随机性n峰值与RMS值的比值从5左右逐渐增加到5.56轴承磨损时振动加速度振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(1)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理l严重磨损导致轴承偏心严重磨损导致轴承偏心n轴承出现偏心，当轴旋转时，轴心便会绕外圈中心摆动振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(1)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理滚动轴承故障诊断振

13、动机理滚动轴承故障诊断精密诊断5mm2的疲劳剥落坑就认为轴承寿命终结一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故Xp/Xrms增大电机容量 630kw滚动轴承故障诊断精密诊断RMS Acceleration in G-s振动的传递路径会对测量结果造成影响滚动轴承故障诊断故障诊断技术这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小。滚动轴承故障诊断精密诊断冲击脉冲诊断法(SPM,即Shock Pulse Method)滚动轴承的故障诊断技术这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段

14、的能量很小。滚动轴承故障诊断故障诊断技术轴承结构特点引起的振动Correlation Factor滚动轴承的振动可能是频率为1kHz以下的低频脉动，也有可能是频率在1kHz以上，数千赫兹甚至数十千赫兹的高频振动，通常二者皆有峰值与RMS值的比值从5左右逐渐增加到5.金属材料有缺陷和热处理不良31Hz是轴承外圈特征频率，因此可以确定轴承外圈出现故障l胶合胶合n在A点以前，振动加速度略微下降，温度缓慢上升 nA点之后振动值急剧上升，而温度却还有些下降，这一段轴承表面状态已恶化 n在B点之前，轴承中已有明显的金属与金属的直接接触和短暂的滑动nB点之后有更频繁的金属之间直接接触及滑动，润滑剂恶化甚至发

15、生炭化，直至发生胶合 从图中可以看出，振动值比温度振动值比温度能更早地预报胶合的发生能更早地预报胶合的发生，由此可见轴承振动是一个比较敏感的故障参数 振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(2)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理振动振动温度温度l疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤n当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后，在轴承运转中会因为碰撞而产生冲击脉冲n钢球冲击过程 在碰撞点产生很大的冲击加速度(a图和b图)，大小和冲击速度成正比 构件变形产生衰减自由振动(c图)振动频率取决于系统的结构，为其固有频率(d图)振幅的增加量A也与冲击速度成正比振动原因分析振动原因分析-故障

16、缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(3)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理al疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤n疲劳剥落故障轴承的振动信号nT取决于碰撞频率，T=1/f碰振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(3)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理l轴承外滚道损伤轴承外滚道损伤l轴承内滚道损伤轴承内滚道损伤l滚动体损伤滚动体损伤振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动(3)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动

17、轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动n 磨损磨损n 胶合胶合n 疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断测点选择测点选择传感器选择传感器选择传感器安装传感器安装测量参数设定测量参数设定获取数据计算特征值频谱分析振动测量振动测量l测点

18、的选择测点的选择n测量点应尽量靠近被测轴承的承载区承载区，应尽量减少中间传递环节，探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好n应尽量考虑在水平（x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行振动检测 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术止推轴承向心轴承当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后，在轴承运转中会因为碰撞而产生冲击脉冲振幅的增加量A也与冲击速度成正比滚动轴承故障诊断故障诊断技术幅域特征值分析（单位：mm/s）滚动轴承故障诊断振动机理Revolution Number超过ISO2372国际标准中“C”级振动强度等级7.4*Z*fr=132.Frequency domain滚动轴承故障诊

19、断常见故障形式及原因征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色波形指标：峰值与均值之比轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动振动的传递路径会对测量结果造成影响液力耦合器输入轴转速850r/min、输出轴转速 740 r/min滚动轴承故障诊断振动机理当故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，Xp/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小滚动轴承故障诊断故障诊断技术某厂大脱硫风机轴承故障诊断振动测量振动测量l测点的选择测点的选择n振动的传递路径会对测量结果造成影响滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术振动测量振动测量l传感器的选择与固定方式传感器

20、的选择与固定方式n滚动轴承的振动可能是频率为1kHz以下的低频低频脉动，也有可能是频率在1kHz以上，数千赫兹甚至数十千赫兹的高频高频振动，通常二者皆有n传感器获取的信号应同时覆盖上述两个频带n传感器的尺寸和重量应尽可能小n建议采用钢制螺栓固定振动测量振动测量l分析谱带的选择分析谱带的选择n低频段低频段 低频率段指低频率段指1kHz以下的频率范围以下的频率范围 一般可以采用低通滤波器（例如截止频率f1kHz）滤去高频成分后再作频谱分析 可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断 这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小。因此，信噪比低，故障检测灵敏

21、度差n中频段中频段 中频段指中频段指1k20kHz频率范围频率范围 使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分，以消除机械干扰；用信号的峰值、RMS值或峭度指标作为监测参数 使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分，用通带内的信号总功率作为监测参数 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术振动测量振动测量l分析谱带的选择分析谱带的选择n高频段高频段 高频率段指高频率段指2080kHz频率范围频率范围 轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段 如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振频率，利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰

22、减振动信号，对故障诊断非常有效 瑞典的冲击脉冲计（SPM）和美国首创的IFD法就是利用这个频段 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术频率Hz1KHz20KHz80KHz滚动轴承滚动轴承4个零部件个零部件的故障频的故障频率区率区润滑不好润滑不好零部件的固有零部件的固有频率区频率区结构件固有频率区结构件固有频率区传感器的固有频率区传感器的固有频率区滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断获取数据获取数

23、据 常用特征值常用特征值 波形指标波形指标 峰值指标峰值指标 概率密度概率密度 峭度指标峭度指标 SPM简易诊断简易诊断l目的目的n简易诊断：判断滚动轴承是否出现了故障n精密诊断：判断故障轴承的故障类别及原因l滚动轴承故障的简易标准滚动轴承故障的简易标准 n绝对判定标准绝对判定标准 绝对判定标准是指用于判断实测振值是否超限的绝对量值n相对判定标准相对判定标准 对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障情况下的振值为基准，根据实测振值与该基准振值之比来进行判断的标准n类比判定标准类比判定标准滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术对若干同一型号的轴承在相

24、同的条件下在同一部位进行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准 诊断结论：轴承外圈松动运转过程中产生剧烈的振动和噪声温度超过400F（204）使滚道和滚动体材料退火振幅的增加量A也与冲击速度成正比简易诊断，与国标比较，判断有无故障滚动轴承故障诊断精密诊断滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承故障诊断故障诊断技术轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固有频率：会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度指标值约为3。滚动轴承故障诊断振动机理硬度降低导致轴承承重降低和早期失效滚动体上的载荷分布不均匀RMS Acceleration in G-sRMS Accelera

25、tion in G-s轴承受到过大的冲击载荷或静载荷，热变形引起额外的载荷冲击脉冲诊断法(SPM,即Shock Pulse Method)诊断快捷、准确，可作为滚动轴承监测的主要手段冲击脉冲诊断法(SPM,即Shock Pulse Method)简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n振幅值诊断法 振幅值指峰值峰值、均方根值均方根值 峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；对于转速较低的情况（如300r/min以下），也常采用峰值进行诊断 均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障

26、诊断 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术NiirmsixNXxX12p1)(max均方根值峰值简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n波形指标诊断法 波形指标：峰值与均值之比波形指标：峰值与均值之比 当波形指标值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；当波形指标较小时，则有可能发生了磨损；滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术XXp点蚀点蚀磨损磨损简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n峰值指标诊断法 峰值指标：峰值与均方根值之比峰值指标：峰值与均方根值之比 不受轴承尺寸、转速及载荷的影响，也不受传感器、放大器等一、二次仪表灵

27、敏度变化的影响，特别适用于点蚀类点蚀类故障的诊断 当滚动轴承无故障无故障时，Xp/Xrms，为一较小的稳定值 一旦轴承出现了损伤出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故Xp/Xrms增大 当故障不断扩展故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，Xp/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术rmspXX故障劣化峰值指标故障严重正常t简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n概率密度诊断法概率密度诊断法 无故障轴承：典型正态分布曲线 有故障轴承：概率密度曲线可能出现偏斜

28、或分散滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术正常轴承故障轴承简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n峭度指标诊断法 振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度指标值约为3。随着故障的出现和发展，峭度指标具有与峰值指标类似的变化趋势 与轴承的转速、尺寸和载荷无关，主要适用于点蚀类点蚀类故障的诊断 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术实验中第74h轴承发生了疲劳破坏，峭度指标由3上升到6，而此时RMS值尚无明显增大故障进一步恶化后，RMS值才有所反映，RMS适合于磨损类故障说明：图中虚线表示在不同转速（8002700r/min）和不同载荷（01

29、1KN）下进行试验时各特征值的变动范围。例子：l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术获取数据获取数据振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断 常用特征值常用特征值 波形指标波形指标 峰值指标峰值指标 概率密度概率密度 峭度指标峭度指标 SPM滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n特点 无须专业人员进行分析，可直接得到轴承损伤程度 诊断快捷、准确，可作为滚动轴承监测的主要手段 同样适用于低转速轴承 可轻易获得轴

30、承早期故障信息早期故障信息滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPMl冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n冲击脉冲 由于接触面上的物体发生碰撞而产生的振动 与振动不同：振动是连续的；冲击脉冲是断续的；n冲击能量的大小取决于 物体碰撞时的冲击速度 物体表面的凹凸不平度滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPMl冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPMl冲击脉

31、冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n微弱冲击容易被淹没在噪声中020406080100202xnn0500011041.510421042.510431043.5104410400.05Hz UnbalancePeaks around the resonans frequencyBand pass filtert0.000010.000020.16 00.0050.010.0150.020.0250.030.035202bearing damageunbalances简易诊断简易诊断-SPM轴承结构特点引起的振动After envelop当波形指标值过大

32、时，表明滚动轴承可能有点蚀；某厂大脱硫风机轴承故障诊断某厂大脱硫风机轴承故障诊断某厂大脱硫风机轴承故障诊断轴承结构特点引起的振动当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后，在轴承运转中会因为碰撞而产生冲击脉冲诊断快捷、准确，可作为滚动轴承监测的主要手段轴承出现偏心，当轴旋转时，轴心便会绕外圈中心摆动振动频率：为轴承各部分的固有频率滚动轴承故障诊断精密诊断超过ISO2372国际标准中“C”级振动强度等级7.当波形指标值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；RMS Acceleration in G-s滚动轴承故障诊断故障诊断技术峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断

33、；轴承的装配制造原因引起的振动无故障轴承：典型正态分布曲线大脱硫风机设备简图及测点布置图l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)001.0.100.1Signal after band pass filter 0.1After envelopAfter rectifying简易诊断简易诊断-SPMl冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)02468101214160200400sHz Frequency domain简易诊断简易诊断-SPMTime domainFFTl冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即S

34、hock Pulse Method)ndBsv:衡量冲击脉冲能量强度的绝对值，对加速度信号取20lg ndBi：滚动轴承初始值，相当于一个没有任何损伤的良好轴承所具有的冲击值 ndBN:评定滚动轴承工作状态简易诊断简易诊断-SPM)2150lglg6.0(lg20dndBil冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n标准冲击能量(dBN):总冲击能量与初始冲击能量之差n0dBN20dB 正常状态，轴承工作状态良好20dBdBN35dB 注意状态，轴承有初期损伤35dBdBN60dB 警告状态，轴承已有明显损伤滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故

35、障诊断技术简易诊断简易诊断-SPMl冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM评价指标评价指标分析流程分析流程方法原理方法原理研究对象研究对象滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断获取数据获取数据 常用特征值常用特征值 波峰因数波峰因数 波形因数波形因数 概率密度概率密度 峭度峭度 SPM振动频率：

36、为轴承各部分的固有频率振动频率：为轴承各部分的固有频率故障频率：滚动体与内圈或外圈产生冲击的间隔频率故障频率：滚动体与内圈或外圈产生冲击的间隔频率滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断高频低频固有频率故障频率AEIgDnnnfn222412)1(1)1(104.92225nnnbhfnREgfbn212.0 钢球振动固有频率：设为钢材，带入得：轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固有频率：上式均为理论计算值，与实际值有出入上式均为理论计算值，与实际值有出入钢球半径RR410.84滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断l几何参数几何参数nZ滚珠个

37、数nd滚珠直径nD轴承滚道节径n接触角nr1内圈滚道半径nr2外圈滚道半径滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断接触角接触角滚动轴承外圈与滚动体接触点的法线法线和垂直于垂直于 轴承轴线轴承轴线的夹角.向心轴承推力轴承接触角接触角反映轴承主要承受载荷的方向反映轴承主要承受载荷的方向径向力径向力径向力径向力、轴向力 (主要)径向力、轴向力轴向力 (主要)轴向力轴向力滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断表示保持架的回转频率且动假设前提是外圈固定不又滚动体公转线速度度表示保持架中心圆线速rmiciomooiimoicoicfDDffffDfDfDD

38、vvfDfrfrwvvvv210,222/2rrmicibcrmicicrmococfDddDfdDffDdffffDdfff22cos12cos121cos121ovcviv滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断coscosdDDdDDmomi精密诊断精密诊断l滚动轴承特征频率滚动轴承特征频率滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断保持架旋转频率保持架旋转频率滚动体的公转频率滚动体的公转频率滚动体通过外圈一点的频率滚动体通过外圈一点的频率滚动体通过内圈一点的频率滚动体通过内圈一点的频率内圈旋转频率ricfDdZf)cos1(21rocfDdZf)cos1(2

39、160nfi内外圈相对旋转频率ioirffffrbfDdf)cos-1(21rcfDdf)cos-1(21n 内圈故障频率：内圈故障频率：fi=0.6zfrn 外圈故障频率：外圈故障频率：fo=0.4zfrn 保持架故障频率：保持架故障频率：fc=0.381 0.4frn 滚动体故障频率：滚动体故障频率：fb=0.23zfr (z 10)n 外圈与保持架关系：外圈与保持架关系：fo=zfcn 外圈与内圈关系：外圈与内圈关系：fo+fi=zfrl 故障频率经验公式故障频率经验公式(fr 为转频；z为滚动体个数)精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断fifofbfrfc精

40、密诊断精密诊断l关于特征频率的几点说明：关于特征频率的几点说明：n公式计算时假设外圈与轴承座没有相对运动公式计算时假设外圈与轴承座没有相对运动n假设滚动体没有滑动，做纯滚动假设滚动体没有滑动，做纯滚动n实际频率与上述理论计算值会有出入，所以在谱图上寻找实际频率与上述理论计算值会有出入，所以在谱图上寻找各特征频率时应找其近似值来判断，还与频率分辨率有关各特征频率时应找其近似值来判断，还与频率分辨率有关n公式是指公式是指“一个剥落坑一个剥落坑”时，若有时，若有n个剥落坑，仍是此公个剥落坑，仍是此公式式n特征频率都是轴工作转速的非同步频率特征频率都是轴工作转速的非同步频率滚动轴承故障诊断滚动轴承故障

41、诊断精密诊断精密诊断n滚动体产生损伤时，缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时会滚动体产生损伤时，缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时会产生冲击振动产生冲击振动n滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为nZfb的冲击振动的冲击振动n有径向间隙时，根据损伤部位与内圈或外圈发生冲击接触的有径向间隙时，根据损伤部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同，会发生以保持架旋转频率位置不同，会发生以保持架旋转频率fc 进行振幅调制的情况。进行振幅调制的情况。精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断l 轴承滚动体故障轴承滚动体故障n 内滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀

42、等，若滚动轴内滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，若滚动轴无径向间隙，会产生频率为无径向间隙，会产生频率为 nZfi 的冲击振动的冲击振动n 通常滚动轴承都有径向间隙，且为通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷单边载荷，根据损伤，根据损伤部分与滚动体发生冲击接触的位置不同，振动的振幅会部分与滚动体发生冲击接触的位置不同，振动的振幅会发生周期性的变化，即发生发生周期性的变化，即发生振幅调制振幅调制。l 轴承内圈故障轴承内圈故障精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断l 轴承内圈故障轴承内圈故障精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断变形图受力分布

43、图l 轴承外圈故障轴承外圈故障n 外滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动外滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动n 由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以不存在振幅调制的情况所以不存在振幅调制的情况精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断RMS Acceleration in G-s金属材料有缺陷和热处理不良滚动轴承是旋转机械中的重要零件水分或酸、碱性物质的侵入冲击脉冲诊断法(SPM,即Shock Pulse Method)外圈与内圈关系：fo+fi=zfr冲击脉冲诊断法(SPM,即Shoc

44、k Pulse Method)峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；滚动轴承的故障诊断技术外圈故障频率fo=0.标准冲击能量(dBN):总冲击能量与初始冲击能量之差滚动轴承故障诊断故障诊断技术这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小。在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘附到另一个表面上超过ISO2372国际标准中“C”级振动强度等级7.振动原因分析-故障缺陷引起的振动(3)After rectifying接触角反映轴承主要承受载

45、荷的方向6*Z*fr=198.严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能After rectifying滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 简易诊断，与国标比较，判断有无故障简易诊断，与国标比较，判断有无故障自由能量的变化自由能量的变化在低频段寻找故障频率及其谐波在低频段寻找故障频率及其谐波

46、是否存在冲击、摩擦、偏载等情况是否存在冲击、摩擦、偏载等情况寻找故障频率及其谐波寻找故障频率及其谐波滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u某厂煤粉1#废气风机轴承故障诊断u某厂大脱硫风机轴承故障诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 废气风机设备简图及测点布置图废气风机设备简图及测点布置图 u 设备参数设备参数 l 电机转速电机转速 943 r/minl 电机容量电机容量 630kwl 测点测点3轴承型号轴承型号 SKF22230l滚动体个数滚动体个数21废气风机诊断案例废气风机诊断案例 u 计算特征频率计算特征频率 l 转频转频 fr=943/60=15.72 Hzl 内圈故障频率内圈故障频率

47、fr=0.6*Z*fr=198.10Hzl 外圈故障频率外圈故障频率fo=0.4*Z*fr=132.02 Hz滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 幅域特征值分析幅域特征值分析（单位：（单位：mm/s）测点测试日期垂直V水平H轴向A32007.08.101.081.902.792007.08.212.252.097.64超过超过ISO2372国际标国际标准中准中“C”级振动强度级振动强度等级等级7.1 mm/s，属，属于于“不满意不满意”状态状态 1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2

48、.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断转频16.56Hz及谐波非同步频率135.31Hz及谐波u 测点测点3 V 低频分析低频分析非同步频率135.31Hz及谐波转频16.56Hz及谐波特征频率幅值增大特征频率幅值增大4倍倍1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 HzfHzfHzfoir0

49、2.132=10.198=72.15=0.40.30.20.10滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 V 共振解调分析共振解调分析故障频率135.31Hz及谐波故障频率135.31Hz及谐波被16.56Hz频率调制特征频率幅值增大，并特征频率幅值增大，并被转频所调制被转频所调制1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程0.070.050.030.010废气风机诊断案例废气风机诊断案例 HzfHzfHzf

50、oir02.132=10.198=72.15=滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 A 低频分析低频分析非同步频率135.31Hz及谐波调制频率16.56Hz故障频率135.31Hz及谐波转频16.56Hz的边带2.01.51.00.5097531特征频率幅值增大特征频率幅值增大4倍倍1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 HzfHzfHzfoir02.132=10.1