淺談判斷滾動(dòng)軸承故障的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)

1、淺談判斷滾動(dòng)軸承故障的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)摘要：滾動(dòng)軸承是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機(jī)械部件，它們?cè)谛D(zhuǎn)機(jī)械中起著關(guān)鍵的作用，其運(yùn)行狀態(tài)的正常與否直接影響整機(jī)的性能。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有相當(dāng)大比例與滾動(dòng)軸承異常運(yùn)行有關(guān)，所以，有必要掌握多種測(cè)量技術(shù)手段識(shí)別滾動(dòng)軸承運(yùn)行征兆，可靠的判定軸承狀態(tài)。本文提供滾動(dòng)軸承呈現(xiàn)的故障征兆模式，敘述識(shí)別軸承狀態(tài)采用的多種診斷技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)的做法。所述的識(shí)別技術(shù)及做法實(shí)用性強(qiáng)，可供學(xué)習(xí)，能對(duì)照應(yīng)用。關(guān)鍵詞；滾動(dòng)軸承；故障特征；識(shí)別技術(shù)；計(jì)算公式；經(jīng)驗(yàn)判斷；控減誤判1.引言滾動(dòng)軸承是企業(yè)生產(chǎn)使用機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中最基本的元件，其出現(xiàn)故障的概率相對(duì)多。一旦滾動(dòng)軸承出現(xiàn)嚴(yán)重故障

2、在爆發(fā)連鎖反應(yīng)就會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，因此必須對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和診斷。對(duì)軸承故障的判斷，從表征征兆信號(hào)中識(shí)別，最原始的方法是將聽音棒（或螺絲刀）接觸軸承座部位，靠聽覺來(lái)判斷有無(wú)故障。雖然有經(jīng)驗(yàn)的人能覺察到軸承運(yùn)動(dòng)副的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響較大，, b( O% . 0 J% K有了各種單一功能測(cè)振儀后，可采集振動(dòng)位移、速度或加速度值來(lái)判斷軸承有無(wú)故障，這樣就減少對(duì)人為經(jīng)驗(yàn)的依賴，但仍很難發(fā)現(xiàn)早期故障。因此，需要使用更先進(jìn)的診斷技術(shù)，至此，我們撰寫對(duì)臥式泵機(jī)組滾動(dòng)軸承實(shí)施診斷，采用的先進(jìn)診斷技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)識(shí)別確認(rèn)的做法。2. 診斷滾動(dòng)軸承的兩種識(shí)別技術(shù) 滾動(dòng)軸承的故障是一個(gè)從正常到失

3、效逐步演化的多狀態(tài)過(guò)程，這些狀態(tài)程度不能直接觀測(cè)，但可以通過(guò)外部表面的測(cè)量得到的信號(hào)來(lái)視域狀態(tài)的變化。選用什么測(cè)量技術(shù)實(shí)時(shí)理想的診斷？我們認(rèn)為，要選用振動(dòng)頻譜技術(shù)和沖擊脈沖技術(shù)，并和識(shí)別，因?yàn)榫哂羞@兩種不同技術(shù)的測(cè)量?jī)x器提供的信號(hào)呈現(xiàn)不同圖譜和數(shù)字特征，判斷依據(jù)多還有互補(bǔ)作用。下面談這兩種技術(shù)及識(shí)別。3.振動(dòng)頻譜圖的知識(shí)及模式識(shí)別振動(dòng)頻譜圖也叫頻率圖，是頻率與能量的關(guān)系用頻譜表示概況的圖，是對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)在頻率域內(nèi)呈現(xiàn)出的圖，圖反映部件振動(dòng)在哪些頻率上，有多大的幅值。頻譜圖以橫軸縱軸的波紋方式，記錄給出各種信號(hào)頻率的圖形資料。頻譜圖在機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中用于回答故障的部位、類型、程度等問(wèn)題。是分析振

4、動(dòng)參數(shù)的主要工具。識(shí)別滾動(dòng)軸承故障必須看兩個(gè)傳統(tǒng)譜，即時(shí)域波形圖譜、頻域幅值圖譜，一般情況下視域這兩張圖譜就能鑒定出軸承故障。3.1視域振動(dòng)時(shí)域譜圖確認(rèn)軸承故障時(shí)域波形譜圖信號(hào)呈現(xiàn)的是多個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)(振動(dòng)的物理量隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動(dòng)過(guò)程)的合成，是測(cè)振儀表收集的原始信號(hào)，時(shí)域波形譜圖呈現(xiàn)豐富的波形頻率信號(hào)難分辨識(shí)別故障時(shí)，可細(xì)化成小波圖，小波圖示出的局部信息清晰，有利在多個(gè)振動(dòng)合成的時(shí)域圖中辨識(shí)信號(hào)。識(shí)別滾動(dòng)軸承的故障需要掌握軸承故障在圖中的特征，下面，示出滾動(dòng)軸承故障在圖中呈現(xiàn)的主要模式。 圖一 深溝球軸承照片 在時(shí)域圖中呈現(xiàn)的信息 圖二 軸承運(yùn)動(dòng)副有剝落坑點(diǎn)蝕 輕度損壞的圖樣 較

5、嚴(yán)重?fù)p壞的圖樣圖三 軸承內(nèi)圈故障 圖四 軸承外圈故障圖五 軸承滾動(dòng)體損傷圖六 軸承有摩擦故障3.2視域幅值譜頻域圖確認(rèn)軸承故障 對(duì)于復(fù)雜周期信號(hào)和非周期信號(hào)，單單從時(shí)域波形直觀的視域，往往很難看出設(shè)備狀態(tài)，需要再視域幅值譜頻域圖。幅值譜頻域圖是時(shí)域波形經(jīng)過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換成的圖，反映振動(dòng)信號(hào)中各個(gè)簡(jiǎn)諧分量的幅值與其頻率的關(guān)系，由于它提示了信號(hào)在不同頻率上的幅值特性，這就可以用頻率的觀點(diǎn)去分析信號(hào)的變化特征。在幅值譜頻域圖中常呈現(xiàn)較多的尖峰，可直接視域尖峰對(duì)應(yīng)的頻率確認(rèn)是否存在軸承元件故障。如果識(shí)別此圖譜信號(hào)還不能確認(rèn)出滾動(dòng)軸承的故障，再視域功率譜、倒頻譜等。 雖然每個(gè)軸承的特征頻率是個(gè)固定值，但

6、是軸承的故障特征頻率與轉(zhuǎn)速和尺寸大小有關(guān)系，所以，每一種規(guī)格的軸承故障特征頻率是不同的，需要計(jì)算出數(shù)值再對(duì)照?qǐng)D譜頻率識(shí)別。下面，示出計(jì)算滾動(dòng)軸承元件故障的特征頻率。 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值確認(rèn)軸承故障元件 外環(huán)故障頻率：BPFOr0.4Nn 滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算-經(jīng)驗(yàn)公式內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIr0.6Nn 保持架故障頻率：FTFr0.4N以上符號(hào)： n=滾動(dòng)體數(shù)目；N=軸的轉(zhuǎn)速。注：1.滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒有變化； 3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).依據(jù)估算公式計(jì)算值確認(rèn)軸承故障元件外環(huán)故障頻率：BPFOeN(0.5n-1.2) 滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算估算公式 內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFIeN(

7、0.5n+1.2) 滾動(dòng)體故障頻率：BSFeN(0.2n-1.2/n) 保持架故障頻率：FTFeN(0.5-1.2/n) 以上符號(hào)：n=滾動(dòng)體數(shù)目； N=軸的轉(zhuǎn)速。 注：1.滾動(dòng)軸承沒有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).以上兩種方式計(jì)算出的數(shù)值應(yīng)靠近各個(gè)軸承元件的故障頻率區(qū)，偏差值應(yīng)在個(gè)位數(shù)。滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算還有精確的計(jì)算公式，我們認(rèn)為采用精確的計(jì)算公式計(jì)算出的頻率數(shù)值，有時(shí)也不一定與頻譜圖呈現(xiàn)的軸承故障頻率值相同，這是因?yàn)闈L動(dòng)軸承外形尺寸可能存在變形或游隙大，還有，設(shè)備在變頻運(yùn)行，頻率不穩(wěn)定數(shù)值隨之變化，呈現(xiàn)出的瞬間信號(hào)可能是一個(gè)不同步的動(dòng)態(tài)值。再談另一種識(shí)別軸

8、承的技術(shù)。 4.$ s6 f; F# Q+ w. ' R4 |; k應(yīng)用沖擊脈沖技術(shù)識(shí)別滾動(dòng)軸承故障9 C1 l7 s9 R2 X1 Z! ; p9 i   什么是沖擊脈沖：兩個(gè)物體相互碰撞會(huì)產(chǎn)生一定能量的震動(dòng)，這種震動(dòng)不是呈連續(xù)狀態(tài)，而是以壓力波的形式傳遞并呈9 z, j9 ,   D  t9 D脈沖狀態(tài)，這種由于接觸面上的物( x- |2 E9 _* H* g8 3 A( ' ; S體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的震動(dòng)為沖擊脈沖。沖擊脈沖法是一種用于提取滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的沖擊能量的方法。當(dāng)滾動(dòng)軸承受到損傷后，如疲勞剝落、裂

9、紋、磨損及表面劃傷和混入雜物，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生衰減性的沖擊振動(dòng)。這種振動(dòng)中沖擊的強(qiáng)弱反映了滾動(dòng)軸承在一定轉(zhuǎn)速下的故障大小程度。沖擊脈沖法就是基于這個(gè)基本原理，提取沖擊能量。視域測(cè)量?jī)x表的脈沖值(dB)可以確定滾動(dòng)軸承的好壞狀況?？磮D七： 圖七 示沖擊脈沖技術(shù)提供的數(shù)值及顏色確認(rèn)軸承狀態(tài)滾動(dòng)軸承工作狀態(tài)分類看圖八：圖八 示、對(duì)照兩個(gè)沖擊脈沖值區(qū)分軸承運(yùn)行不同的階段程度5.是與振動(dòng)參數(shù)快速判斷軸承故障在診斷中，只判斷滾動(dòng)軸承好壞，大概能用多長(zhǎng)時(shí)間，視域振動(dòng)參數(shù)確認(rèn)故障是常用的做法。我們經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)，當(dāng)泵機(jī)組運(yùn)行在15003000r/min，加速度值達(dá)到30mm/s2 ，沖擊脈沖值達(dá)到30dBc，呈

10、現(xiàn)這些數(shù)值還聽到軸承運(yùn)行輕度的異聲，必是軸承故障；還可視域圖譜的有量剛值和無(wú)量鋼值確認(rèn)。視域加速度圖譜的有量綱值確認(rèn)軸承故障，如峰值與有效值比值超出5倍后，說(shuō)明軸承有故障，這兩個(gè)數(shù)值越高劣化越嚴(yán)重；視域加速度譜無(wú)量綱值判斷，裕度指標(biāo)數(shù)字高于5，常是軸承磨損間隙已大，或泵與電機(jī)之間的聯(lián)軸器間隙過(guò)大；新軸承運(yùn)行峭度指標(biāo)在3左右，當(dāng)軸承出現(xiàn)早期的故障時(shí)峭度指標(biāo)上升，但軸承故障上升至較嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)下降，隨之故障的上升、峭度指標(biāo)可能再上升；儀表采集直接的振動(dòng)加速度信號(hào)，儀表顯示出加速度高、低值周期性的波動(dòng)，但電流波動(dòng)不明顯，是軸承保持架松框；在幅值頻域圖譜中，呈現(xiàn)兩倍頻以上邊頻帶常是軸承有點(diǎn)蝕故障（無(wú)齒輪）。6.連續(xù)監(jiān)測(cè)偶發(fā)的征兆，捕捉局點(diǎn)有傷殘的軸承元件測(cè)量?jī)x表呈現(xiàn)的信號(hào)都是瞬間值，瞬間值只說(shuō)明瞬間狀態(tài)，如果此值呈現(xiàn)的是良好值，不能說(shuō)明軸承元件無(wú)局點(diǎn)傷殘，怎樣捕捉到有局點(diǎn)傷殘的軸承元件，連續(xù)多次測(cè)量。當(dāng)聽到