ch06(滾動軸承的故障監(jiān)測與診斷)

1、16.1 滾動軸承的實效形式滾動軸承的實效形式l磨損失效磨損失效l疲勞失效疲勞失效l腐蝕失效腐蝕失效l壓痕失效壓痕失效l斷裂失效斷裂失效l膠合失效膠合失效26.2 滾動軸承的振動診斷滾動軸承的振動診斷3 1 滾動軸承的振動機(jī)理滾動軸承的振動機(jī)理 （1）軸承剛度變化引起的振動）軸承剛度變化引起的振動 當(dāng)軸承在恒定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決定，當(dāng)軸承在恒定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時，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，使系統(tǒng)的剛度參使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周期性變化，使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期的變化，而且是一種對稱周期變化，從而使其恢?jǐn)?shù)形成周期的變化，而且是一種對稱周期變化，從

2、而使其恢復(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。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。 此外當(dāng)滾動體處于裁荷下非對稱位置時，轉(zhuǎn)軸的中心不僅此外當(dāng)滾動體處于裁荷下非對稱位置時，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。有垂直方向的，而且還有水平方向的移動。4 （2）由滾動軸承的運(yùn)動副引起的振動）由滾動軸承的運(yùn)動副引起的振動 當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾動體便在內(nèi)外因之間滾動。軸承的滾動當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾動體便在內(nèi)外因之間滾動。軸承的滾動表面雖加工得非常平滑，但從微觀來看，仍高低不平，滾動表面雖加工得非常平滑，但從微觀來看，仍高低不平，滾動體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生交變的激振力。所

3、產(chǎn)生的體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動，既是隨機(jī)的，又含有波動體的傳輸振動，其主要領(lǐng)率振動，既是隨機(jī)的，又含有波動體的傳輸振動，其主要領(lǐng)率成分為滾動軸承的特征頻率。成分為滾動軸承的特征頻率。 滾動軸承的特征頻率滾動軸承的特征頻率(即接觸激發(fā)的基頻即接觸激發(fā)的基頻)，完全可以根據(jù)，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。5678 （3） 與滾動軸承安裝有關(guān)的振動與滾動軸承安裝有關(guān)的振動 安裝滾動軸承的旋轉(zhuǎn)軸系彎曲，或者不慎將滾動軸承裝歪，安裝滾動軸承的旋轉(zhuǎn)軸系彎曲，或者不慎將滾動軸承裝歪，使保持架座孔和引導(dǎo)面偏

4、載，軸運(yùn)轉(zhuǎn)時則引起振動。其振動使保持架座孔和引導(dǎo)面偏載，軸運(yùn)轉(zhuǎn)時則引起振動。其振動頻率成分中含有的旋轉(zhuǎn)頻率的多次諧波。同時，滾動軸承緊頻率成分中含有的旋轉(zhuǎn)頻率的多次諧波。同時，滾動軸承緊因過緊或過松在滾動體通過特定位置時，即引起振動。其因過緊或過松在滾動體通過特定位置時，即引起振動。其頻率與滾動體通過頻率。頻率與滾動體通過頻率。910 （4）滾動軸承故障產(chǎn)生的振動）滾動軸承故障產(chǎn)生的振動 滾動軸承故障現(xiàn)象大體可區(qū)分為有代表性的三種類型，即表滾動軸承故障現(xiàn)象大體可區(qū)分為有代表性的三種類型，即表面皺裂、表面剝落和軸承燒損。面皺裂、表面剝落和軸承燒損。 表面皺裂是軸承使用時間較長，經(jīng)磨損使軸承的滾動

5、面劣化，表面皺裂是軸承使用時間較長，經(jīng)磨損使軸承的滾動面劣化，此時軸承的振動與正常袖承的振動具有相同的特點，即兩者振此時軸承的振動與正常袖承的振動具有相同的特點，即兩者振動的波形都是無規(guī)則的，振幅的概率密度分布大多為正態(tài)分布。動的波形都是無規(guī)則的，振幅的概率密度分布大多為正態(tài)分布。與正常軸承振動的唯一區(qū)別是軸承皺裂時的振動振幅變大。與正常軸承振動的唯一區(qū)別是軸承皺裂時的振動振幅變大。 燒損是由于軸承潤滑狀態(tài)惡化等原因造成的，在達(dá)到燒傷的燒損是由于軸承潤滑狀態(tài)惡化等原因造成的，在達(dá)到燒傷的過程中軸承的振動值增大。過程中軸承的振動值增大。11 表面剝范是疲勞、裂紋、壓痕、膠合斑等失效形式所造成的表

6、面剝范是疲勞、裂紋、壓痕、膠合斑等失效形式所造成的滾動面的異常形態(tài)。它們所引起的振動為沖擊振動。在它含有滾動面的異常形態(tài)。它們所引起的振動為沖擊振動。在它含有的頻譜中有一類為低頻脈動形式。其含有的特征頻率的能量將的頻譜中有一類為低頻脈動形式。其含有的特征頻率的能量將更突出。另一類為袖承構(gòu)件的固有振動，所以通過查找這些固更突出。另一類為袖承構(gòu)件的固有振動，所以通過查找這些固有振動中的某一構(gòu)件運(yùn)行中的特征頻率是否出現(xiàn)，是軸承故有振動中的某一構(gòu)件運(yùn)行中的特征頻率是否出現(xiàn)，是軸承故障診斷的可靠判據(jù)。障診斷的可靠判據(jù)。1213易易曰：形而上者謂之道，形而下者謂之器。曰：形而上者謂之道，形而下者謂之器。

7、2 滾動軸承振動信號的拾取滾動軸承振動信號的拾取14 滾動軸承振動故障識別滾動軸承振動故障識別（1）概率密度函數(shù)法）概率密度函數(shù)法 將滾動軸承的振動或噪聲信號通過數(shù)據(jù)處理得到不同形式的概將滾動軸承的振動或噪聲信號通過數(shù)據(jù)處理得到不同形式的概率密度函數(shù)圖形，根據(jù)圖形的形式可以初步確定軸承是否存在故率密度函數(shù)圖形，根據(jù)圖形的形式可以初步確定軸承是否存在故障，以及故障的狀態(tài)。障，以及故障的狀態(tài)。 寬帶隨機(jī)信號的概率密度函數(shù)呈高斯分布，正弦信號呈鞍形。寬帶隨機(jī)信號的概率密度函數(shù)呈高斯分布，正弦信號呈鞍形。15 （2） 振幅監(jiān)測法振幅監(jiān)測法 A 有效值和峰值判別法有效值和峰值判別法 信號的有效值反映振動

8、的能量大小。當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后，信號的有效值反映振動的能量大小。當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后，其振動信號有效值增大。其振動信號有效值增大。 B波峰系數(shù)法波峰系數(shù)法 B 波峰系數(shù)法波峰系數(shù)法 指峰值與有效值之比。波峰系數(shù)進(jìn)行診斷的最大持點，是指峰值與有效值之比。波峰系數(shù)進(jìn)行診斷的最大持點，是由于它的值不受軸承尺、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的影響。正常時滾動軸由于它的值不受軸承尺、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的影響。正常時滾動軸承的波峰系數(shù)約為承的波峰系數(shù)約為5，當(dāng)軸承有故障時可達(dá)到幾十。，當(dāng)軸承有故障時可達(dá)到幾十。C 諧振信號接收法諧振信號接收法 諧振信號接收法當(dāng)前使用得比較多。在這一方法中，以諧振信號接收法當(dāng)前使用得比較多。在這一方法中，以

9、30-40kHz作為監(jiān)測頻率。作為監(jiān)測頻率。16（3）頻譜分析法）頻譜分析法A 基頻識別基頻識別 根據(jù)滾動物承的運(yùn)動形式計算得到的特征頻率，在譜圖上找出，根據(jù)滾動物承的運(yùn)動形式計算得到的特征頻率，在譜圖上找出，并觀察其變化，從而判別故障的存在和原因。并觀察其變化，從而判別故障的存在和原因。17易易曰：謙謙君子，卑以自牧也。曰：謙謙君子，卑以自牧也。 B 諧頻識別諧頻識別 根據(jù)諧頻的間距來判別。在分辮力較高的功率譜圖時常見到根據(jù)諧頻的間距來判別。在分辮力較高的功率譜圖時常見到均勻的棒線或尖峰，測量其間距大小可以判斷什么部位發(fā)生故均勻的棒線或尖峰，測量其間距大小可以判斷什么部位發(fā)生故障。障。C 邊

10、頻識別邊頻識別 在所研究的信號中，頻率調(diào)制的情況總是存在的。某故障頻在所研究的信號中，頻率調(diào)制的情況總是存在的。某故障頻率附近總是圍繞一族頻率，習(xí)慣把它們稱為邊頻。例如內(nèi)圈率附近總是圍繞一族頻率，習(xí)慣把它們稱為邊頻。例如內(nèi)圈故障的邊頗為故障的邊頗為fBinfi。其中，其中，fBi為滾珠通過內(nèi)圈頻率，為滾珠通過內(nèi)圈頻率，nfi為內(nèi)為內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率。圈旋轉(zhuǎn)頻率。D 倒頻譜法倒頻譜法 1819（4）包絡(luò)法（利用高頻諧振信號）包絡(luò)法（利用高頻諧振信號）2021（5） 沖擊脈沖法沖擊脈沖法2223易易曰：謙謙君子，卑以自牧也。曰：謙謙君子，卑以自牧也。 1 接觸電阻法接觸電阻法 接觸電阻法所依據(jù)的基本原理

11、和振動測試不同。它是與振接觸電阻法所依據(jù)的基本原理和振動測試不同。它是與振動監(jiān)測法相互補(bǔ)充的監(jiān)測診斷技術(shù)。旋轉(zhuǎn)中的滾動軸承。由動監(jiān)測法相互補(bǔ)充的監(jiān)測診斷技術(shù)。旋轉(zhuǎn)中的滾動軸承。由于在軌道與滾動體之間形成油膜，內(nèi)外圈之間有很大電阻。于在軌道與滾動體之間形成油膜，內(nèi)外圈之間有很大電阻。潤滑狀態(tài)惡化或軌道面或滾動面上產(chǎn)生破損時，油膜就被破潤滑狀態(tài)惡化或軌道面或滾動面上產(chǎn)生破損時，油膜就被破壞。壞。振動檢測和接觸電阻監(jiān)測對不同的軸承缺陷敏感程度不一振動檢測和接觸電阻監(jiān)測對不同的軸承缺陷敏感程度不一樣，振動監(jiān)測法對剝落、凹坑比較敏感，而接觸電阻法對磨樣，振動監(jiān)測法對剝落、凹坑比較敏感，而接觸電阻法對磨損、腐蝕等這一類缺陷比較敏感。損、腐蝕等這一類