滚动轴承故障诊断.ppt

1、滚动轴承故障诊断 滚动轴承故障诊断l滚动轴承在旋转机械中应用最为广泛，同时也是最易损坏的元件之一。旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机械的工作状态有很大影响，其缺陷会导致设备产生异常振动和噪声，严重时甚至损坏设备。对滚动轴承进行正确的状态监测及诊断，是现代化企业的设备优化管理及预知维修的一个重要方面 滚动轴承的结构l将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。l各个元件的作用 引起滚动轴承振动的原因l滚动轴承工作时的振动，除了由外界激励因此引起之滚动轴承工作时的振动，除了由外界激励

2、因此引起之外，属于轴承本身故障所引起的振动主要有下列几种外，属于轴承本身故障所引起的振动主要有下列几种原因原因l(1)滚动体通过载荷方向产生的振动滚动体通过载荷方向产生的振动l(2)套圈的固有振动套圈的固有振动l(3)轴承弹性特性引起的振动轴承弹性特性引起的振动 l(4)套圈滚道和滚动体波纹度引起的振动套圈滚道和滚动体波纹度引起的振动 l(5)滚动体大小不均匀和内外圈偏心引起的振动滚动体大小不均匀和内外圈偏心引起的振动 l(6)滚道接触表面局部性缺陷引起的振动滚道接触表面局部性缺陷引起的振动 l(7)润滑不良润滑不良 l(8)装配不正确，轴颈偏斜产生的振动装配不正确，轴颈偏斜产生的振动 滚动轴

3、承缺陷产生的间隔频率l当滚动体和滚道接触处遇到一个缺陷时，就有一个冲击信号产生。缺陷在不同元件上，接触点经过缺陷的频率是不相同的，这个频率就称为冲击的间隔频率或特征频率如表所示。间隔频率可以根据轴承的转速、轴承零件的形状和尺寸由轴承的简单运动关系分析中得到。滚动轴承故障发展的四个阶段l一般把滚动轴承故障的发展分为4个阶段4个阶段个阶段l1.故障初始阶段l2.轻微故障阶段l3.宏观故障阶段l4.故障最后阶段l根据研究结果，一般的，如果滚动轴承的整个使用寿命是L10，那么从轴承安装投入使用时计起，在它的前80%L10。寿命时间段内，轴承是一切正常的。轴承失效的四个阶段及各阶段内的主要特轴承失效的四

4、个阶段及各阶段内的主要特征频率成分征频率成分l轴承制造商瑞典SKF公司提供的轴承失效的四个阶段及各阶段内主要特征频率成分的示意图，十分简明地概括了轴承失效的主要特征，可用来做为滚动轴承故障诊断的小结。l第一阶段（超声频率）第一阶段（超声频率）l轴承最早期出现的问题表现在超声频率的异常，其频率范围开始为250350kHz。此后随故障发展，频率范围下移到2060kHz，此时可通过共振解调法的包络检波技术测得，能量值一般为0.5g，实际大小与测点位置、轴承型号、转速有关。可通过采集加速度包络值来确认轴承是否进入失效的第一阶段。l第一阶段频谱图（经过包络检波处理）的特点是“干净”，即除了工频、二倍频等

5、常规振动频率外，轴承故障的各特征频率均无显现。l第二阶段（轴承固有频率）第二阶段（轴承固有频率）l轴承产生轻微缺陷，缺陷产生的冲击激起了轴承元件固有频率的振动或轴承支承部件的共振，其频率范围一般为500Hz20kHz。到第二阶段末期，在固有频率的周围开始出现边频带，冲击包络值也有所增大，从0.5g增长到1.0g。l第二阶段频谱图的特点是仅显现出轴承的固有频率成分，后期附有边频带。l第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频）第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频）l在第三阶段的初期，轴承缺陷间隔频率开始显现；随着故障缺陷的发展，更多的缺陷间隔频率的倍频出现，围绕这些间隔频率及其倍频以及固有频率的边频带的数

6、量也逐步增多，冲击包络值继续增大；尤其当缺陷间隔频率周围的许多边频带清晰可见时，或者通过包络值加以确认已进入第三阶段的后期，表明此时的轴承缺陷已肉眼可见，并向周围扩展，应在此时更换轴承。l第三阶段频谱图的特点是间隔频率及其倍频的显现，尤其是间隔频率和固有频率及其倍频周围的边频带增多及清晰可见。l第四阶段（随机宽带振动）第四阶段（随机宽带振动）l轴承失效接近尾声，工频也受影响而明显增大，并产生许多倍频成分，特别是原先为离散的、幅值较突出的缺陷间隔频率和固有频率及其倍频开始“消失”，代之的是随机的宽带高频“噪声振动”，高频噪声振动和它的包络值初期不仅不增大，甚至有所减小，但在轴承最终失效前，冲击包

7、络值会大幅度增大。l第四阶段频谱图的特点是间隔频率和固有频率被随机宽带高频“噪声振动”所淹没。此图为此图为2009年年1月月8日在定期检测中发现的某电机外侧轴承水平方向日在定期检测中发现的某电机外侧轴承水平方向振动频谱图。该电机功率振动频谱图。该电机功率350kW，转速，转速2980r/min，轴承型号为，轴承型号为SKF7214。l l根据公式可算出滚动体滚过内圈滚道上的一点的频率为f=462.939l滚动体滚过外圈滚道上的一点的频率为f=309.727l从频谱图可看出，在常规的01kHz范围内，出现了明显的轴承内圈故障频率并附有边带，同时出现外圈故障频率及其2、3倍谐波。综合考虑判断该轴承

8、的内圈外圈出现故障，并已处于滚动轴承故障发展的第三阶段后期，为避免故障扩大损坏设备应该予以更换谢谢谢谢诊断实例l使用ENTEK公司的 DP1500数据采集器采集现场振动数据（主要是振动速度、尖峰能量的总量和频谱），回传到计算机在软件中进行趋势、频谱的分析诊断。外圈，内圈，滚动体和保持架的作用外圈，内圈，滚动体和保持架的作用 其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。l 第一阶段，即轴

9、承开始出现故障的萌芽阶段，这时温度正常，噪声正常，振动速度总量及频谱正常，但尖峰能量总量及频谱有所征兆，反映轴承故障的初始阶段。这时真正的轴承故障频率出现在超声段大约2060kHz范围。l 第二阶段，温度正常，噪声略增大，振动速度总量略增大，振动频谱变化不明显，但尖峰能量有大的增加，频谱也更加突出。这时的轴承故障频率出现在大约500Hz2kHz范围。l第三阶段，温度略升高，可耳听到噪声，振动速度总量有大的增加，且振动速度频谱上清晰可见轴承故障频率及其谐波和边带，另振动速度频谱上“噪声地平”明显升高，尖峰能量总量相比第二阶段变得更大、频谱也更加突出。这时的轴承故障频率出现在大约01kHz范围。建

10、议于第三阶段后期予以更换轴承，那么此时应该已经出现肉眼可以看到的磨损等滚动轴承故障特征。l第四阶段，温度明显升高，噪声强度明显改变，振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动速度频谱上轴承故障频率开始消失，被更大的随机的宽带高频“噪声地平”取代；尖峰能量总量迅速增大，并可能出现一些不稳定的变化。绝不能让轴承在故障发展的第四阶段中运转，否则将可能发生灾难性破坏。l而接下来对应滚动轴承故障发展，其剩余寿命在第一阶段为10%20%L10，第二阶段为5%10%L10，第三阶段为1%5%L10，第四阶段约为1h或者1%L10。因此，在实际工作中面临轴承问题时，考虑到轴承故障发展的第四阶段具有不可预见的突发危害性，于第三阶段后期予以更换轴承，这样既可以避免故障的扩大和更严重事故的发生，又能尽量保证滚动轴承的使用寿命，并且根据此时轴承上也已经出现肉眼可以看到的磨损、零部件损坏等滚动轴承故障特征，比较有说服力。至于轴承故障发展的第三阶段后期的识别，则需要依据上述理论特征再结合实际的温度、噪声、速度谱、尖峰能量谱、速度和尖峰能量的总量趋势及实际经验予以综合考虑