軸承故障診斷

1、 1.疲勞剝落疲勞剝落滾動(dòng)軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體表面既承受載荷又相對(duì)滾動(dòng)，滾動(dòng)軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體表面既承受載荷又相對(duì)滾動(dòng)，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應(yīng)力處）形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面使表層發(fā)生剝落應(yīng)力處）形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面使表層發(fā)生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。疲勞坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。疲勞剝落會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊載荷、振動(dòng)和噪聲加劇。剝落會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊載荷、振動(dòng)和噪聲加劇。 2.磨損磨損由于塵埃、異物的侵入，滾道和滾動(dòng)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起由于塵埃、異物的侵入，

2、滾道和滾動(dòng)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起表面磨損，潤(rùn)滑不良也會(huì)加劇磨損，磨損的結(jié)果使軸承游表面磨損，潤(rùn)滑不良也會(huì)加劇磨損，磨損的結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因而也隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因而也降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，振動(dòng)及噪聲也隨之增大。對(duì)于精降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，振動(dòng)及噪聲也隨之增大。對(duì)于精密機(jī)械軸承，往往是磨損量限制了軸承的壽命。密機(jī)械軸承，往往是磨損量限制了軸承的壽命。 3.塑性變形塑性變形當(dāng)軸承受到過大的沖擊載荷或靜載荷時(shí)，或因熱變形引起當(dāng)軸承受到過大的沖擊載荷或靜載荷時(shí)，或因熱變形引起額外的載荷，或有硬度很高的異物侵入時(shí)都會(huì)在滾道表面額外的載荷，或有

3、硬度很高的異物侵入時(shí)都會(huì)在滾道表面上形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生劇烈的上形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)振動(dòng)和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)進(jìn)一步引起附近表面的剝落。進(jìn)一步引起附近表面的剝落。 4.銹蝕銹蝕銹蝕是滾動(dòng)軸承最嚴(yán)重的問題之一，高精度軸承可能會(huì)由銹蝕是滾動(dòng)軸承最嚴(yán)重的問題之一，高精度軸承可能會(huì)由于表面銹蝕導(dǎo)致精度喪失而不能繼續(xù)工作。水分或酸、堿于表面銹蝕導(dǎo)致精度喪失而不能繼續(xù)工作。水分或酸、堿性物質(zhì)直接侵人會(huì)引起軸承銹蝕。當(dāng)軸承停止工作后，軸性物質(zhì)直接侵人會(huì)引起軸承銹蝕。當(dāng)軸承停止工作后，軸

4、承溫度下降達(dá)到露點(diǎn)，空氣中水分凝結(jié)成水滴附在軸承表承溫度下降達(dá)到露點(diǎn)，空氣中水分凝結(jié)成水滴附在軸承表面上也會(huì)引起銹蝕。此外，當(dāng)軸承內(nèi)部有電流通過時(shí)，電面上也會(huì)引起銹蝕。此外，當(dāng)軸承內(nèi)部有電流通過時(shí)，電流有可能通過滾道和滾動(dòng)體上的接觸點(diǎn)處，很薄的油膜引流有可能通過滾道和滾動(dòng)體上的接觸點(diǎn)處，很薄的油膜引起電火花而產(chǎn)生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。起電火花而產(chǎn)生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。 5.斷裂斷裂過高的載荷會(huì)可能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和過高的載荷會(huì)可能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和裝配不當(dāng)都會(huì)引起殘余應(yīng)力，工作時(shí)熱應(yīng)力過大也會(huì)引裝配不當(dāng)都會(huì)引起殘余應(yīng)力，工作時(shí)熱應(yīng)力過大

5、也會(huì)引起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當(dāng)，也起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當(dāng)，也可能造成軸承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊?？赡茉斐奢S承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊。6.膠合膠合在潤(rùn)滑不良、高速重載情況下工作時(shí)，由于摩擦發(fā)熱，在潤(rùn)滑不良、高速重載情況下工作時(shí)，由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面燒傷及膠合。所謂膠合是指一個(gè)零部件表面上的金屬粘燒傷及膠合。所謂膠合是指一個(gè)零部件表面上的金屬粘附到另一個(gè)零件部件表面上的現(xiàn)象。附到另一個(gè)零件部件表面上的現(xiàn)象。 7.保持架損壞保持架損壞由于裝配或使用不當(dāng)可能會(huì)引起保持

6、架發(fā)生變形，增加由于裝配或使用不當(dāng)可能會(huì)引起保持架發(fā)生變形，增加它與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死不能滾它與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死不能滾動(dòng)，也有可能造成保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。這一損動(dòng)，也有可能造成保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。這一損傷會(huì)進(jìn)一步使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致軸承損壞。傷會(huì)進(jìn)一步使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致軸承損壞。 最原始的滾動(dòng)軸承故障診斷方法是用最原始的滾動(dòng)軸承故障診斷方法是用聽音棒聽音棒接觸軸承部接觸軸承部位，依靠聽覺來判斷軸承有無故障。后來采用各式測(cè)振位，依靠聽覺來判斷軸承有無故障。后來采用各式測(cè)振儀器并利用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值或峰值儀器并

7、利用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障（如恩態(tài)克、來判斷軸承有無故障（如恩態(tài)克、SKF、CSI等離線故等離線故障診斷儀器）。障診斷儀器）。 滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)位置：振動(dòng)波的傳播路徑是通過軸滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)位置：振動(dòng)波的傳播路徑是通過軸-滾動(dòng)滾動(dòng)軸承軸承-軸承座。對(duì)于滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)，我們一般選用軸承軸承座。對(duì)于滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)，我們一般選用軸承座三個(gè)方向（水平、垂直和軸向）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就可以掌座三個(gè)方向（水平、垂直和軸向）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就可以掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一些故障特征，如不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)握旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一些故障特征，如不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)和滾動(dòng)軸承等故障。和滾動(dòng)軸承等故障。在發(fā)生表面剝落

8、等故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生下圖所示的沖擊振動(dòng)，這種振動(dòng)從性質(zhì)上可分成兩類：第一類是由于軸承元件的缺陷，滾動(dòng)體依次滾過工作面缺陷受到反復(fù)沖擊而產(chǎn)生的低頻脈動(dòng)，稱為軸承的“通過頻率”，其發(fā)生周期可以從轉(zhuǎn)速和零件的尺寸求得。滾動(dòng)軸承故障的特征頻率 內(nèi)圈：fe=fr(1+d/Dcos)z/2 外圈：fo=fr(1-d/Dcos)z/2滾動(dòng)體： fg=fr(1-d2/D2 cos2)D/d/2假設(shè)：滾動(dòng)體為純滾動(dòng) f1：滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率 2V1=V2 (1) V1=2f1*D/2 (2) V2= 2fr*(D-dcos)/2 (3) (2),(3)代入(1)式： 2f1D=fr(D-dcos) (4) 當(dāng)外圈有缺陷

9、時(shí)： fo=f1z= fr(1-d/Dcos)z/2 當(dāng)內(nèi)圈有缺陷時(shí)： fe=(fr-f1)z = fr(1+d/Dcos)z/2V1V2dDfr 滾動(dòng)軸承保持架故障頻率：滾動(dòng)軸承保持架故障頻率： FTF=(N/2)1-（d/D）Cos 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率：滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos 滾動(dòng)軸承外環(huán)故障頻率：滾動(dòng)軸承外環(huán)故障頻率： BPFO=(N/2)z1-(d/D)Cos 滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)故障頻率：滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFI=(N/2)z1+(d/D)Cos 以上符號(hào)：以上符號(hào)： d=滾動(dòng)體直徑滾動(dòng)體直徑; D=滾動(dòng)軸承平均直徑滾動(dòng)

10、軸承平均直徑(滾動(dòng)體中心處直徑滾動(dòng)體中心處直徑) =徑向方向接觸角徑向方向接觸角 z=滾動(dòng)體數(shù)目滾動(dòng)體數(shù)目 N=軸的轉(zhuǎn)速。軸的轉(zhuǎn)速。 注：注：1.滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒有變滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒有變化；化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn)軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).mDR滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算匯總滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(2)-經(jīng)驗(yàn)公式 外環(huán)故障頻率： BPFOr 0.4Nz 內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFIr 0.6Nz 保持架故障頻率： FTFr 0.4N 以上符號(hào)： z=滾動(dòng)體數(shù)目； N=軸的轉(zhuǎn)速。 注：注：1.滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒有變滾動(dòng)軸承幾何尺

11、寸沒有變化；化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn)軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn). 第二類是固有振動(dòng)。根據(jù)頻帶不同，在軸承故障診斷中可第二類是固有振動(dòng)。根據(jù)頻帶不同，在軸承故障診斷中可利用的固有振動(dòng)有三種：利用的固有振動(dòng)有三種：（1 1）軸承外圈一階徑向固有振動(dòng)，其頻帶在（）軸承外圈一階徑向固有振動(dòng)，其頻帶在（1-8 1-8 ） kHzkHz范圍類。如離心泵、風(fēng)機(jī)、軸承試驗(yàn)機(jī)這類簡(jiǎn)單機(jī)范圍類。如離心泵、風(fēng)機(jī)、軸承試驗(yàn)機(jī)這類簡(jiǎn)單機(jī)械的滾動(dòng)軸承故障診斷中，這是一種方便的診斷信息。械的滾動(dòng)軸承故障診斷中，這是一種方便的診斷信息。（2 2）軸承其他元件的固有振動(dòng)。其頻帶在（）軸承其他元件的固有振動(dòng)。其頻帶在（20-6020-

12、60）kHzkHz范圍內(nèi)，能避開流體動(dòng)力噪聲，信噪比高。范圍內(nèi)，能避開流體動(dòng)力噪聲，信噪比高。（3 3）加速度傳感器的一節(jié)固有頻率，合理利用加速度）加速度傳感器的一節(jié)固有頻率，合理利用加速度傳感器（安裝）系統(tǒng)的一節(jié)諧振頻率作為監(jiān)測(cè)頻帶，常傳感器（安裝）系統(tǒng)的一節(jié)諧振頻率作為監(jiān)測(cè)頻帶，常在軸承故障信號(hào)提取中受到良好效果，其頻率范圍通常在軸承故障信號(hào)提取中受到良好效果，其頻率范圍通常選擇在選擇在10kHz10kHz左右。左右。 由于各種固有頻率只取決于元件的材料、形狀和質(zhì)量，與由于各種固有頻率只取決于元件的材料、形狀和質(zhì)量，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，一旦軸承元件出現(xiàn)疲勞剝落就會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊，轉(zhuǎn)速無關(guān)，一旦軸承元

13、件出現(xiàn)疲勞剝落就會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊，從而激發(fā)起各種固有振動(dòng)，所以利用這些固有振動(dòng)當(dāng)中的從而激發(fā)起各種固有振動(dòng)，所以利用這些固有振動(dòng)當(dāng)中的某一種是否出現(xiàn)，即可診斷有否疲勞剝落。某一種是否出現(xiàn)，即可診斷有否疲勞剝落。1234軸承外環(huán)故障特征頻譜軸承外環(huán)故障特征頻譜軸承外環(huán)故障及轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)特征頻譜軸承外環(huán)故障及轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)特征頻譜1234軸頻軸頻ff f f ff f f f軸承內(nèi)環(huán)故障特征頻譜軸承內(nèi)環(huán)故障特征頻譜12341ff f f ff f f f2ff f f f軸頻軸頻f24681ff f f ff f f f2ff f f ff f f f軸承滾動(dòng)體故障特征頻譜軸承滾動(dòng)體故障特征頻譜f f

14、 為保持架故障頻率為保持架故障頻率軸承保持架故障特征頻譜軸承保持架故障特征頻譜x1x2x3x4診診 斷斷 特特 征征 1 1、頻譜和波形特征、頻譜和波形特征 （1）徑向振動(dòng)在軸承故障特征頻率（見下面說明部分）及其低倍頻處有峰。若有多個(gè)同類故障（內(nèi)滾道、外滾道、滾子），則在故障特征頻率的低倍頻處有較大的峰。 （2）內(nèi)滾道故障特征頻率處有邊帶，邊帶間隔為1RPM。 （3）滾動(dòng)體故障特征頻率處有邊帶，邊帶間隔為保持架故障特征頻率。 （4）在加速度頻譜的中高頻區(qū)域若有峰群突然生出（下圖所示），表明有疲勞故障。 （5）徑向振動(dòng)時(shí)域波形有重復(fù)沖擊跡象（有軸向負(fù)載時(shí)，軸向振動(dòng)波形與徑向相同），或者其波峰系數(shù)

15、大于5，表明故障產(chǎn)生了高頻沖擊現(xiàn)象。 圖圖 軸承疲勞時(shí)的加速度頻譜軸承疲勞時(shí)的加速度頻譜a a正常正常軸軸承；承；b b外圈疲外圈疲勞勞；c c鋼鋼球疲球疲勞勞；d d內(nèi)內(nèi)圈疲圈疲勞勞說明：波峰系數(shù)說明：波峰系數(shù)Fc=峰值峰值/有效值，軸承使用初期狀態(tài)正常時(shí)，有效值，軸承使用初期狀態(tài)正常時(shí)， Fc5；局部故障產(chǎn)生并逐步發(fā)展時(shí)，；局部故障產(chǎn)生并逐步發(fā)展時(shí)，F(xiàn)c5，此階段有沖擊現(xiàn)，此階段有沖擊現(xiàn)象，象，F(xiàn)c最大可達(dá)到最大可達(dá)到10。此后故障達(dá)到嚴(yán)重程度，有效值增大。此后故障達(dá)到嚴(yán)重程度，有效值增大而而Fc減小，軸承到了應(yīng)更換的時(shí)候。減小，軸承到了應(yīng)更換的時(shí)候。 2、故障分析、故障分析 （1）頻域）

16、頻域 確認(rèn)故障特征頻率處有峰，表明存在該種故障，確認(rèn)故障特征頻率處有峰，表明存在該種故障，若還有明顯的倍頻成分，表明故障嚴(yán)重。若還有明顯的倍頻成分，表明故障嚴(yán)重。 確認(rèn)內(nèi)滾道特征頻率處不但有峰，還有間隔為確認(rèn)內(nèi)滾道特征頻率處不但有峰，還有間隔為1RPM的邊頻，表明有內(nèi)滾道故障。的邊頻，表明有內(nèi)滾道故障。 確認(rèn)滾子特征頻率處不但有峰，還有邊頻，表明確認(rèn)滾子特征頻率處不但有峰，還有邊頻，表明有滾子故障。有滾子故障。 確認(rèn)高頻區(qū)域有峰群出現(xiàn)，表明軸承有疲勞故障。確認(rèn)高頻區(qū)域有峰群出現(xiàn)，表明軸承有疲勞故障。 若軸向有負(fù)載，則可注意軸向振動(dòng)。與徑向振動(dòng)若軸向有負(fù)載，則可注意軸向振動(dòng)。與徑向振動(dòng)有類似特征

17、。有類似特征。 （2）時(shí)域）時(shí)域 可能有重復(fù)沖擊現(xiàn)象，但很小。重復(fù)率等于故障特可能有重復(fù)沖擊現(xiàn)象，但很小。重復(fù)率等于故障特征頻率。征頻率。 （1）故障情況）故障情況 某初軋廠有三臺(tái)同樣規(guī)格的螺桿式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)某初軋廠有三臺(tái)同樣規(guī)格的螺桿式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速速1480r/min，其中，其中，3號(hào)機(jī)噪音特別響（圖號(hào)機(jī)噪音特別響（圖7-24）。用測(cè)振儀測(cè)得振動(dòng)加速度值如表）。用測(cè)振儀測(cè)得振動(dòng)加速度值如表7-9。 圖圖 壓縮機(jī)及測(cè)點(diǎn)示意圖壓縮機(jī)及測(cè)點(diǎn)示意圖1 1電電機(jī)；機(jī)；2 2陰陰螺桿；螺桿；3 3陽(yáng)陽(yáng)螺桿螺桿表7-9 三臺(tái)壓縮機(jī)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)參數(shù)參數(shù) 測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn) 設(shè)備設(shè)備平均值（平均值（G G）峰值（峰值（

18、G G）H HH HH HH HH HH H1 1號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)1.31.31.91.91.81.85.18.5.18.8 8121812187.3137.3132 2號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)0.580.581.01.00.670.671.81.83.33.32.72.73 3號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)超超4.44.42.22.21.81.8超超404016168.7138.713 （2）診斷：）診斷： 由表由表7-9可知，可知，3號(hào)機(jī)測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)大，比號(hào)機(jī)測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)大，比1號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)和和2號(hào)機(jī)相同部位大得多，初步估計(jì)測(cè)點(diǎn)處軸號(hào)機(jī)相同部位大得多，初步估計(jì)測(cè)點(diǎn)處軸承有問題。承有問題。 對(duì)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形的包絡(luò)信號(hào)作功率譜分析（圖對(duì)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形的包絡(luò)信號(hào)作功率譜分析（圖7-25），分析頻率），分析頻率500Hz，400譜線，功率譜。計(jì)譜線，功率譜。計(jì)算該測(cè)點(diǎn)軸承特征頻率（算該測(cè)點(diǎn)軸承特征頻率（R=1480r/min，D=122.5mm，d=22mm，N=11，=10）為：）為： 外滾道：外滾道：108.75Hz； 內(nèi)滾道：內(nèi)滾道：162.8Hz； 保持架：保持架：9.9Hz；