滾動軸承故障診斷與分析

1、滾動軸承故障診斷與分析Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing 學(xué)院：機械與汽車工程學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級：2010020101 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師：王林鴻摘要:滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最廣的機器零件，也是最易損壞的元件之一,旋轉(zhuǎn)機械的許多故障都與滾動軸承有關(guān)，軸承的工作好壞對機器的工作狀態(tài)有很大的影響，其缺陷會產(chǎn)生設(shè)備的振動或噪聲，甚至造成設(shè)備損壞。因此, 對滾動軸承故障的診斷分析, 在生產(chǎn)實際中尤為重要。關(guān)鍵詞：滾動軸承 故障診斷 振動Abstract: Rolli

2、ng bearing is the most widely used in rotating machinery of the machine parts, is also one of the most easily damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, its defect

3、 can produce equipment of vibration or noise, and even cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration引言：滾動軸承是機器的易損件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機械的故障約有30是因滾動軸承引起的，由此可見滾動軸承故障診

4、斷工作的重要性。如何準(zhǔn)確判斷出它的末期故障是非常重要的，可減少不必要的停機修理，延長設(shè)備的使用壽命，避免事故停機。滾動軸承在運轉(zhuǎn)過程中可能會由于各種原因引起損壞，如裝配不當(dāng)、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等。即使在安裝、潤滑和使用維護都正常的情況下，經(jīng)過一段時間運轉(zhuǎn)，軸承也會出現(xiàn)疲勞剝落和磨損?？傊?，滾動軸承的故障原因是十分復(fù)雜的，因而對作為運轉(zhuǎn)機械最重要件之一的軸承，進(jìn)行狀態(tài)檢測和故障診斷具有重要的實際意義，這也是機械故障診斷領(lǐng)域的重點。一 滾動軸承故障診斷分析方法1滾動軸承故障診斷傳統(tǒng)的分析方法1.1振動信號分析診斷振動信號分析方法包括簡易診斷法、沖擊脈沖法（SPM法）、共振解調(diào)法（

5、IFD法）。振動診斷是檢測診斷的重要工具之一。（1）常用的簡易診斷法有：振幅值診斷法，反應(yīng)的是某時刻振幅的最大值，適用于表面點蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷；波峰因素診斷法，表示的是峰值和均方根值之比，適用于點蝕情況下的診斷；概率密度診斷法，通過概率密度曲線進(jìn)行故障判斷，一般作為故障的定性分析；峭度系數(shù)診斷法具有與波峰類似的變化趨勢，它的優(yōu)點在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，但缺乏早期報警能力，在故障嚴(yán)重時會失去診斷能力，適用于點蝕故障診斷。（2）沖擊脈沖法(SPM)是在滾動軸承運轉(zhuǎn)中，當(dāng)滾動體接觸到內(nèi)外道面的缺陷區(qū)時會產(chǎn)生低頻沖擊作用，所產(chǎn)生的沖擊脈沖信號會激起SPM傳感器的共振，共振波

6、形一般為20kHz一60kHz,包含了低頻沖擊和隨機干擾的幅值調(diào)制波，經(jīng)過窄帶濾波器和脈沖形成電路后，得到包含有高頻和低頻的脈沖序列。但這種固定中心頻率和帶寬的方法也有其局限性，因為滾動軸承局部損傷故障所激起的結(jié)構(gòu)共振頻率并不是固定不變的。在實際使用中，當(dāng)背景噪聲很強或有其他沖擊源時，SPM診斷效果很差，失去了實際意義。（3）共振解調(diào)技術(shù)，亦稱為包絡(luò)檢波技術(shù)。它是對低頻(通常是數(shù)千Hz以內(nèi))的沖擊所激起的高頻(數(shù)十倍于沖擊頻率的)共振波形進(jìn)行包絡(luò)檢波和低通濾波，即解調(diào)，以獲得一個對應(yīng)于低頻沖擊的、而又放大并展寬了的共振解調(diào)波。共振解調(diào)法診斷滾動軸承故障的基本原理可以完整地概述為：當(dāng)軸承某一元件

7、表面出現(xiàn)局部損傷時，在受載運行過程中要撞擊與其相互作用的其它的元件表面，產(chǎn)生沖擊脈沖力，由于沖擊脈沖力的頻帶很寬，必然包含軸承外圈、傳感器甚至附加的諧振器(可以是機械式的，也可以是電的)等的固有頻率而激起這個測試系統(tǒng)的高頻固有振動。根據(jù)實際情況，可選擇某一高頻固有振動作為研究對象，通過中心頻率等于軸承外圈或傳感器等的諧振頻率的帶通濾波器對測取的軸承振動信號進(jìn)行帶通濾波。然后，通過包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波，除去高頻衰減振動的頻率成分，得到只包含故障特征信息的低頻包絡(luò)信號，對這一包絡(luò)信號進(jìn)行頻譜分析，在頻譜圖上即可找出特征頻率分量和對應(yīng)的故障元件。1.2 油液分析診斷  軸

8、承故障的一個主要原因是潤滑不當(dāng)。對潤滑油進(jìn)行分析，可了解軸承的潤滑與磨損狀態(tài)，進(jìn)而采取措施控制故障發(fā)展。常用的有理化指標(biāo)分析、污染度測試、油液中金屬含量分析、紅外光譜分子結(jié)構(gòu)分析、鐵普分析。通常需要一種以上方法進(jìn)行綜合判斷，以提高診斷的準(zhǔn)確性。2 滾動軸承故障診斷現(xiàn)代分析方法2.1小波變換在軸承故障中的應(yīng)用 在軸承故障診斷中，常常只對軸承的局部異常區(qū)域所引起的信號局部變化感興趣，這些信號由于非常微弱、能量很小，往往容易被噪聲淹沒而難以辨別。當(dāng)故障診斷應(yīng)用傅立葉變換進(jìn)行分析時，不能進(jìn)行局部化分析。而具有良好時域和頻域局部化特性的小波變換，能對信號的高頻、短時成分準(zhǔn)確地在時域和

9、頻域中進(jìn)行分析，可將故障特征信號有效地分離出來，從而對故障做出分析與解析。采用連續(xù)小波變換和獨立分量分析的方法對滾動軸承的信號進(jìn)行消噪和分離，可以提高信號的信噪比和診斷率。對滾動軸承的早期故障診斷，可將小波濾波和循環(huán)平穩(wěn)度分析方法相結(jié)合，采用最小熵方法對小波濾波器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。2.2 遺傳算法在軸承故障中的應(yīng)用遺傳算法(GA)是建立在自然選擇和群體遺傳學(xué)機理基礎(chǔ)上的隨機、迭代和進(jìn)化，具有廣泛適用性的搜索方法。它模擬了自然選擇和遺傳過程中發(fā)生的繁殖、交配和變異現(xiàn)象，根據(jù)適者生存、優(yōu)勝劣汰的自然法則，利用遺傳算子逐代產(chǎn)生，優(yōu)選個體，最終搜索到較優(yōu)的個體。2.3 專家系統(tǒng)在軸承故

10、障中的應(yīng)用近年來隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，專家系統(tǒng)技術(shù)得到了迅速的推廣。所謂專家系統(tǒng)就是一個智能的計算機程序，它能模擬專家在處理問題時的一些推理方法，利用已有的知識建立模型，解決問題。將基于知識的專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域，可以使?jié)L動軸承診斷分析和決策分析更加準(zhǔn)確可靠。2.4 模糊診斷在軸承故障中的應(yīng)用由于滾動軸承信號中故障特征振動與故障類型不存在絕對的對應(yīng)關(guān)系，一種故障可能引起多種特征，而一種故障特征可能對應(yīng)多類故障，因此近年來，模糊理論被引進(jìn)到軸承故障診斷領(lǐng)域。軸承故障模糊診斷中的概念是模糊概念，可以用模糊集合來表示，而模糊變換運算是用來討論模糊判斷和推理的。二 滾動軸承故障診

11、斷案例分析1案例一123泵軸承的故障診斷分析大慶石化公司腈綸廠系統(tǒng)車間有鹽水輸送泵8臺，屬離心式雙吸泵，功率較大，是腈綸廠設(shè)備中長期運行，重要的生產(chǎn)設(shè)備。位號123泵由于長期運行，振動值較大，所以在不影響生產(chǎn)情況下讓123泵備用。2004年9月lO日，由于生產(chǎn)需要，要求123泵投人生產(chǎn)，在開啟運行中，發(fā)現(xiàn)其振動值較大，繼續(xù)運行可能發(fā)生事故，于是對其振動進(jìn)行測量并采集頻譜對其進(jìn)行故障診斷。1）故障分析123泵主要參數(shù)見表1，123泵測點位置圖如圖1所示。對其現(xiàn)場測量振動值見表2所示。通過現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)泵后軸承的軸向振動值超標(biāo)，振動較大，并且雜聲較大。對其進(jìn)行頻譜采集，時域譜和幅值譜圖如圖2、

12、圖3所示。通過泵后軸承軸向時域波形圖，可明顯地看到?jīng)_擊信號的存在，峭度指標(biāo)達(dá)到359，并且頻譜圖中大量高次諧波的存在，說明軸承可能已經(jīng)存在問題。該泵軸承型號為63ll，在1480rmin轉(zhuǎn)速下根據(jù)軸承參數(shù)，得到的軸承元件的故障特征頻率是：內(nèi)環(huán)12193Hz；外環(huán)7538Hz；保持架942Hz；滾動體9874Hz。泵后軸承的軸向頻譜，出現(xiàn)了390I-Iz明顯的頻率信號，其次為415Hz和510Hz。由下式可得：接近于390Hz，伴有415Hz和510Hz的2、3次諧波，所以診斷為軸承內(nèi)圈可能發(fā)生點蝕或偏心。維修車間對該泵進(jìn)行了拆卸檢修，更換泵的后軸承，檢查后軸承損壞情況，發(fā)現(xiàn)故障原因為軸承內(nèi)環(huán)點

13、蝕嚴(yán)重。2 案例二內(nèi)圈滾道剝落故障診斷備煤車間1號破碎機已接近大修期, 于1996年4 月15 日對破碎機軸承進(jìn)行測試。圖1 是用北京振通902 機器分析儀/數(shù)據(jù)采集器, 對1號破碎機后軸承水平測點采集的包絡(luò)功率頻譜圖。 圖1計算破碎機軸承故障特征頻率:軸承型號: 22232 (原3532)轉(zhuǎn)速N = 740 r/m in軸承外圈故障特征頻率f e= 94. 966 Hz軸承內(nèi)圈故障特征頻率f i= 127. 033 Hz。圖1 中130. 00 Hz 的譜峰與軸承內(nèi)圈故障特征頻率127. 03 Hz 比較接近, 并且幅值較高。在二倍頻260. 00 Hz 處有較低峰值, 115. 00 Hz

14、 的譜峰是被轉(zhuǎn)頻12. 33 Hz 調(diào)制的邊頻帶。在二倍頻260Hz 兩旁也有被轉(zhuǎn)頻調(diào)制的邊頻帶。由于軸承內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動, 所以, 以軸承內(nèi)圈故障特征頻率的各階倍頻(包括零倍頻) 為中心, 兩旁將出現(xiàn)被轉(zhuǎn)頻調(diào)制的邊頻帶。圖2 是使用美國恩泰克公司的EDL 數(shù)據(jù)采集器, 于5 月29 日對該軸承軸向測點采集的幅值頻譜圖, 圖中129. 01 Hz 的譜峰較接近軸承內(nèi)圈故障特征頻率, 255. 00 Hz 為二倍頻, 50.44 Hz 的譜峰是轉(zhuǎn)頻的四倍頻, 與4 月15 日所作的分析相吻合。該測點振動速度有效值為26.0mm/s, 根據(jù)國際ISO 2372 振動烈度標(biāo)準(zhǔn), 已達(dá)到D級, 即不可

15、使用的范圍。根據(jù)4 月15 日和5 月29日的頻譜圖分析, 又根據(jù)滾動軸承故障特征頻率一般在1 000 Hz 以下, 是滾動軸承故障的特征之一。因此, 可以判斷1號破碎機后軸承內(nèi)圈滾道有剝落坑。大修時拆機驗證, 該軸承內(nèi)滾道有30 mm ×15mm , 深1 mm 的一塊順向剝落坑。 圖23 案例三外圈滾道壓痕故障診斷1996 年8 月29 日, 1號破碎機大修完畢試車,對其進(jìn)行振動測試, 發(fā)現(xiàn)電機前軸承處振動位移值較大, 表1 是電機前軸承測量數(shù)據(jù)。參照國際ISO 2372 振動烈度標(biāo)準(zhǔn), 屬較正常范圍。但垂直方向加速度峰值13. 68m /s2, 水平方向位移峰峰值119. 8

16、um, 軸向包絡(luò)幅值3. 75 m /s2, 均高出平時測量值, 所以對該測點采集包絡(luò)譜進(jìn)行分析。計算軸承(型號: N 324 (原2324) , 轉(zhuǎn)速: 740r/m in) 故障特征頻率: 外圈故障特征頻率f e =69. 52 Hz, 內(nèi)圈故障特征頻率f i= 103. 15 Hz。圖3 是水平測點的包絡(luò)幅值譜, 可以看出, 圖中70.00 Hz 的譜峰比較接近軸承外圈故障特征頻率,69. 52 Hz、140. 00 Hz、210. 00 Hz 和285. 00 Hz的譜峰均為70. 00 Hz 的倍頻, 各階倍頻兩旁基本沒有被轉(zhuǎn)頻調(diào)制的邊頻帶。從圖3 的時域波形可以看出, 有間隔周期為

17、13. 5m s 的沖擊脈沖信號,頻率范圍為71. 94 Hz, 接近軸承外故障特征頻率。對軸向測點做倒頻譜分析(圖4) , 在14. 46ms處有較高尖峰, 經(jīng)計算頻率范圍為69. 156 Hz, 也接近軸承外圈故障特征頻率。根據(jù)以上分析, 初步可判斷該軸承外圈滾道存在表面損傷。但該測點的振動速度有效值未超出國際ISO 2372 振動烈度標(biāo)準(zhǔn)?？梢耘袛喑鰮p傷的程度較輕。據(jù)經(jīng)驗所知, 軸承有單個損傷點時, 頻譜圖上軸承故障特征頻率峰值較高, 其倍頻峰值較低。而圖3 表明軸承故障特征頻率峰值與其倍頻峰值相差不大, 并呈衰減趨勢。損傷可能不是單一剝落坑, 估計是由多處輕微損傷所至。拆機檢查發(fā)現(xiàn)軸承

18、外圈滾道內(nèi)有7 8 條不同程度的壓痕, 其中四條較嚴(yán)重, 約20 mm 寬, 0. 2 mm 深。經(jīng)了解, 這臺電機在半年前更換新軸承后, 一直存放在備件庫, 壓痕是由于一直未盤車造成的。4 案例四 煤氣鼓風(fēng)機軸承的故障診斷分析煤氣鼓風(fēng)機是我廠重點設(shè)備,對其進(jìn)行定期狀態(tài)監(jiān)測,3#煤氣鼓風(fēng)機配用電機功率630kW ,型號JB710M12,轉(zhuǎn)速N: 2 986 r/min, 軸承型號: 6222/P64(原4E222) , 計算軸承故障特征頻率如下: 軸承外圈故障特征頻率fe=200.67Hz;軸承內(nèi)圈故障特征頻率fi=296.99Hz;保持架碰撞外圈故障頻率fem =20.067Hz;保持架碰撞

19、內(nèi)圈故障頻率fim = 29.699Hz.1996年11月19日, 在3# 鼓風(fēng)機電機前軸承垂直測點的頻譜圖上發(fā)現(xiàn)有29.89Hz的譜峰(見圖5),非常接近保持架碰撞內(nèi)圈故障頻率, 圖中149.53 Hz是29.89 Hz 的五倍頻。199.94 Hz的譜峰接近于軸承外圈故障特征頻率, 300.74Hz的譜峰接近軸承內(nèi)圈故障特征頻率,該測點振動速度有效值為2.03 mm/s。在11月28日前軸承水平測點的頻譜圖上發(fā)現(xiàn)有295.00 Hz的譜峰(圖6) , 圖5接近軸承內(nèi)圈故障特征頻率。11月29日該測點的頻譜圖上仍有29.89 Hz的五倍頻149.49Hz及199.42Hz和296.11Hz的

20、譜峰(圖7),振動速度有效值4.08mm/s,對照國際ISO372振動烈度標(biāo)準(zhǔn),屬B級,即可使用范圍。從頻譜圖(圖5圖7)分析,保持架和內(nèi)、外圈故障特征頻率的峰值都不大, 振動速度值也未超出國際ISO 2372 振動烈度標(biāo)準(zhǔn), 所以,沒有引起重視。時隔5 天, 12月4日凌晨5時,電機前軸承溫度開始上升, 7時50分軸承溫度高達(dá)80,被迫停機。拆機檢查發(fā)現(xiàn)前軸承保持架已斷開, 擠到鋼球與滾道中間, 內(nèi)圈滾道有50mm長, 10mm寬的點蝕麻面, 外圈滾道有輕微損傷。事故發(fā)生后, 對監(jiān)測數(shù)據(jù)和頻譜圖進(jìn)行了認(rèn)真分析。在發(fā)生事故前, 該測點的振動速度有效值呈上升趨勢,7月26日為3.36mm/s ,

21、 11月19 日為3.37mm/s, 11月29日為4.08 mm/s。圖5中29.89Hz的保持架碰撞內(nèi)圈的故障特征頻率說明, 該軸承保持架在11月19日已存在缺陷。圖5圖7上的內(nèi)圈、外圈故障特征頻率說明, 內(nèi)圈、外圈滾道在11月19日也已存在缺陷, 11月29日,內(nèi)圈故障特征頻率的譜峰幅值由11 月19日的0.45g上升到1.1g, 外圈故障特征頻率的譜峰幅值由0.3g上升到0.7 g。由于對軸承故障特征頻率的出現(xiàn)未能引起足夠重視,對振動數(shù)據(jù)和頻譜圖沒有進(jìn)行認(rèn)真分析,由此造成了12月4日的事故發(fā)生。結(jié)論：以上例舉了在實踐中遇到的四個典型實例,可得出以下幾點結(jié)論。(1) 軸承故障特征頻率是診

22、斷滾動軸承缺陷的有效方法。(2) 利用包絡(luò)譜、倒頻譜分析技術(shù)可較準(zhǔn)確地判斷滾動軸承缺陷的部位及損傷程度。(3) 滾動軸承滾道內(nèi)單一剝落坑, 在頻譜圖上表現(xiàn)為軸承故障特征頻率峰值較高, 其倍頻峰值較低。(4) 滾動軸承滾道多處損傷, 在頻譜圖上表現(xiàn)為軸承故障特征頻率的峰值與其倍頻的峰值相差不大、并呈衰減趨勢。(5) 滾動軸承內(nèi)圈滾道故障, 在頻譜圖上表現(xiàn)為內(nèi)圈故障特征頻率及其倍頻兩旁均出現(xiàn)被轉(zhuǎn)頻調(diào)制的邊頻帶。而外圈滾道故障, 在外圈故障特征頻率及倍頻兩旁基本不出現(xiàn)邊頻帶。(6) 發(fā)現(xiàn)軸承早期故障特征頻率信號, 要引起足夠重視, 否則將釀成重大事故。5 案例五 交流發(fā)電機異常聲分析某品牌的6303

23、和6202軸承分別用于轎車交流發(fā)電機的皮帶驅(qū)動端和電刷端，在該轎車出廠檢測的過程中發(fā)現(xiàn)交流發(fā)電機的驅(qū)動端出現(xiàn)異常聲響，而該轎車的運行總里程還不超過20 km?，F(xiàn)對其出現(xiàn)異常聲的原因進(jìn)行分析。1）交流發(fā)電機異常聲分析在滾動軸承運行的過程中，軸承元件的表面損傷點反復(fù)撞擊與之接觸的其他元件表面而產(chǎn)生低頻振動，這些頻率一般在1 kHz以下，該頻率稱為軸承故障特征頻率。通過對監(jiān)測到的振動信號進(jìn)行技術(shù)處理，分離和突出故障特征信息，從而對軸承的早期故障進(jìn)行監(jiān)測和診斷。拆下該交流發(fā)電機，用專用振動儀器在水平和垂直兩個方向分別測發(fā)電機5 000 rmin時的振動速度信號，并做包絡(luò)處理，其頻譜如圖1和圖2所示。滾

24、動軸承故障特征頻率可以通過以下計算公式計算得到。外圈故障特征頻率：式中：Dw 為鋼球直徑； Dpw 為球組節(jié)圓直徑；a為接觸角；z為鋼球數(shù)；n為轉(zhuǎn)速。對于6303軸承，Dw =8.731 mm，Dpw =32 mm，a =0，Z=7；對于6202軸承，Dw =6000 mm，Dpw =25.260 mm，a =0，Z=8。由此可得，在5 000 rmin下6303軸承的內(nèi)、外圈及鋼球的故障頻率分別為fi =37125 Hz，fe =21209 Hz ， fw =28269 Hz；6202軸承的內(nèi)、外圈及鋼球的故障頻率分別為fi=41251Hz,fe=25416Hz，fw=33104 Hz。從圖

25、1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，該發(fā)電機的振動速度頻率譜中存在明顯的6303軸承內(nèi)、外圈及鋼球故障特征頻率，且軸承內(nèi)、外圈的故障特征頻率的幅值明顯比鋼球的要高，可以初步判斷交流發(fā)電機皮帶驅(qū)動端軸承已經(jīng)出現(xiàn)故障，交流發(fā)電機的異常聲應(yīng)該由此引起。軸承失效的根本原因需進(jìn)一步分析。2） 軸承檢測和失效分析21 摩擦力矩的檢測用手旋轉(zhuǎn)該軸承，有輕微的間歇卡滯感。22 振動速度的檢測在軸承振動速度專用檢測儀上用電感式傳感器 檢測該軸承的振動速度和噪聲水平。其噪聲水平和振動數(shù)值均很高，其中振動速度值超過了1mms，大大超出振動速度的質(zhì)量控制范圍。檢測結(jié)果與交流發(fā)電機的振動頻譜圖相吻合。23 尺寸公差和徑向游隙檢測在軸承專

26、用檢測儀上檢測該軸承尺寸公差和徑向游隙，均在質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)(表1)，排除了制造精度引起軸承損傷的可能性。24 拆分檢測去掉該軸承的密封圈，觀察軸承內(nèi)部的情況，潤滑脂已經(jīng)變成黑褐色，且聚酰胺保持架已變成黑色，很明顯軸承內(nèi)部已經(jīng)受到了嚴(yán)重污染。分拆并清洗掉軸承的潤滑脂，在立式顯微鏡下檢查軸承內(nèi)、外溝道和鋼球，發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外溝道上均有7處等間距的銹蝕點，且這些銹蝕點分布在溝道的同一側(cè)，鋼球上也有局部銹蝕點，如圖3所示。這些特征表明，軸承溝道和鋼球的局部已經(jīng)產(chǎn)生了典型的濕氣腐蝕，是軸承處于平放狀態(tài)或安裝到交流發(fā)電機上之后由水或潮氣引起的。25 潤滑脂紅外光譜對比檢測為了進(jìn)一步確定軸承內(nèi)部受到何種程度

27、的污染，在紅外光譜儀上對該軸承的潤滑脂和新潤滑脂做了紅外光譜的對比檢測，檢測結(jié)果如圖4所示。由圖4知，兩者沒有明顯差異，說明軸承潤滑脂性能未嚴(yán)重劣化。但在元素分析中發(fā)現(xiàn)，舊油脂中含有較高的鐵、鈉、鈣等元素，此為外界污染物侵入潤滑脂并引起軸承磨損或銹蝕所致。此結(jié)論和軸承拆分檢測結(jié)果基本相吻合。3 ）失效模式的討論31 汽車模擬測試過程中水水汽進(jìn)入軸承的可能性該汽車在終檢模擬測試過程中，在運轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機處安裝了5個水平噴水嘴和l5只垂直噴水嘴，噴水嘴噴出的水具有一定的壓力和流量。理論上高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的密封深溝球軸承的密封圈是不能有效防止動態(tài)壓力水侵入的，因此在該試驗驗證條件下很可能會引起 水汽侵

28、入軸承內(nèi)部。如果要有效地防止動態(tài)壓力水的侵入，則需要附加專門的工業(yè)密封。但是由于該應(yīng)用條件下的軸承通常處于交流發(fā)電機皮帶和殼體之間的半封閉狀態(tài)的空間里(圖5)，試驗驗證表明其在實際的應(yīng)用中是不太可能受到動態(tài)壓力水的直接沖擊，而僅僅會受到水汽或少量飛濺水的入侵，因此該汽車終檢方法有待商榷。32 密封圈損傷的可能性為了證實軸承的密封圈是否存在損傷，檢查了軸承密封圈的外表面和隔圈的尺寸。結(jié)果表明：密封圈完好，隔圈的尺寸也在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)，均未有異常情況。33 防動態(tài)液壓水性能試驗為了進(jìn)一步驗證軸承的密封是否具有防動態(tài)壓力水的性能，對5套軸承依照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分別做了靜態(tài)水、靜態(tài)壓力水、動態(tài)壓力水(且軸

29、承旋轉(zhuǎn))等試驗，結(jié)果表明該軸承內(nèi)部未侵入大量液體，防水性能良好。這說明在實際應(yīng)用中，軸承本身的密封可以在一定程度上防止較小壓力和流量的動態(tài)壓力水侵入軸承內(nèi)部。4 ）結(jié)論通過診斷和分析可知，該交流發(fā)電機皮帶驅(qū)動端軸承的異常聲主要是由于水或潮氣侵入其內(nèi)部，使其受到濕氣腐蝕而產(chǎn)生失效所致。另外，考慮到實際使用工況，汽車制造企業(yè)應(yīng)對汽車交流發(fā)電機的測試方法作適當(dāng)改進(jìn)，且對該軸承采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo性工業(yè)密封，以避免該軸承在試驗階段的非正常失效。6 案例六：旋轉(zhuǎn)機械滾動軸承案例鄒縣發(fā)電廠于2002年1月正式利用CSI診斷儀對重要輔機進(jìn)行離線檢測，先后發(fā)現(xiàn)不同設(shè)備的早期故障，其中1號爐柄排粉機的診斷案例克分證明

30、了新技術(shù)在鄒縣發(fā)電廠狀態(tài)檢修中的作用。1）1號爐丙排粉機早期故障的發(fā)現(xiàn)和分析鄒縣發(fā)電廠1號爐丙排粉機是單級離心式風(fēng)機，型號M5361 JM02102D，流量13685 km3/h，全壓13.043 kPa，轉(zhuǎn)速1 485lmin，介質(zhì)為濃度小于10的煤粉氣流，介質(zhì)溫度70100攝氏度。配用1臺高壓交流電動機。功率850 KW。風(fēng)機為懇臂轉(zhuǎn)子，同側(cè)雙支撐結(jié)構(gòu)，2組支撐軸承布置在同一個軸承箱體內(nèi)，46號機械油潤滑，軸承箱體內(nèi)通有工業(yè)水對軸承進(jìn)行冷卻。風(fēng)機側(cè)為2個并列放置的單列向心短圓柱滾子軸承。風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)見圖l。l號爐大修前，診斷中心定期對設(shè)備進(jìn)行檢測，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1號爐丙排粉

31、機葉輪側(cè)軸承存在隱患。通過1號爐丙排粉機葉輪側(cè)軸承水平方向振動頻譜圖分析各振動尖峰值，發(fā)現(xiàn)該處軸承外圈故障頻率(BPFO)及其倍頻出現(xiàn)，說明軸承外幽出現(xiàn)了故障現(xiàn)象。同時，倍頻兩側(cè)均分布有1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶，說明軸承外圈故障已嚴(yán)鶯到一定程度。圖2為1號爐丙排粉機葉輪側(cè)軸承水平方向振動頻譜圖。該部位軸承為日奉NSK軸承，型號Nu334。對照軸承手冊可知相當(dāng)于SKFNu334型號軸承，利用RBMware軟件的軸承故障頻率計算功能，可計算出該軸承各故障頻率(見表1)。RBMware是以可靠性為基礎(chǔ)的維修軟件，即運用一系列先進(jìn)的技術(shù)手段，如機械振動分析、潤滑油液分析、紅外熱成像、對中與平衡、馬達(dá)分析、超

32、聲波分析等技術(shù)探測設(shè)備狀態(tài)，找出設(shè)備故障根源；通過識別和消除故障根源延長設(shè)備的使用壽命；提供可靠的設(shè)備信息，輔助企業(yè)重大決策；系統(tǒng)化地合理配置各種維修方式，提高企業(yè)管理水平。RBMware的實施是由一套分析軟件和相關(guān)技術(shù)的精密檢測儀器共同實現(xiàn)。從表1可知，額定轉(zhuǎn)速時軸承外圈1x故障頻率為154.10Hz。對照頻譜圖中各振動尖峰值，可看出頻譜圖出現(xiàn)的軸承外圈故障頻率，軸承外圈故障頻率見表2。利用RBM軟件中的PeakVue(尖峰能量值，代表沖擊能量的大小)技術(shù)，對該軸承水平方向振動情況進(jìn)行測量，其頻譜見圖3。從頻譜圖中可看出，1 kHz頻率采集范圍內(nèi)1X6X軸承外圈故障頻率全部出現(xiàn)。從另一方面證

33、實該軸承沖擊能量出現(xiàn)且較大，軸承外圈故障嚴(yán)重。2）結(jié)論的正確性驗證2002年9月l號機組大修，利用設(shè)備解體的機會證實分析的正確性，2002年9月23日l號爐丙排粉機大修，丙排粉機解體后發(fā)現(xiàn)風(fēng)機端內(nèi)側(cè)軸承外圈出現(xiàn)一徑向貫穿性裂紋(見圖4)。該缺陷的發(fā)現(xiàn)證實了診斷中心利用先進(jìn)診斷儀器對該缺陷的早期診斷。2002年8月發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障信息時與負(fù)責(zé)該設(shè)備的狀態(tài)診斷人員聯(lián)系，用Vm一63手持式測振儀、測得的該處振動值為17um，用于持式紅外測溫儀測得該處溫度值為32攝氏度，且聲音正常。按設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)該軸承的運行狀態(tài)合格。考慮到該故障外部特征表現(xiàn)并不顯著，故障還未進(jìn)入嚴(yán)重階段，又因為9月1號機組將進(jìn)行

34、大修所以診斷中心監(jiān)測報告只是建議重點監(jiān)視，觀察運行，在大修中更換該軸承。此次設(shè)備大修解體發(fā)現(xiàn)了缺陷的存在，說明具有高級診斷技術(shù)合成的csl2120機械分析儀能發(fā)現(xiàn)運轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部的早期故障，而常規(guī)手段卻難以做到。3）結(jié)論運轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部故障的早期診斷有著積極的現(xiàn)實意義。首先。它符合對狀態(tài)檢修的基本要求，即設(shè)備狀態(tài)的“可控”、“在控”。常規(guī)監(jiān)測手段只能對發(fā)展到一定階段的、外部特征明顯的設(shè)備故障進(jìn)行檢測，對于更早期的、不易察覺的故障卻難以把握。而采用高級診斷技術(shù)合成的先進(jìn)診斷儀器卻可以做到，使設(shè)備的運行狀態(tài)真正做到了“可控”、“在控”。其次，它能避免設(shè)備的突發(fā)性事故，確保設(shè)備不被損壞。設(shè)備故障的一般規(guī)律施

35、故障形成后先經(jīng)歷一個較長的發(fā)展過程，一旦有其它條件觸發(fā)則呈指數(shù)級快速發(fā)展，直至演變?yōu)槭鹿?。設(shè)備早期故障一旦被檢測出米，設(shè)備狀態(tài)就已“在控”，就可按設(shè)備狀態(tài)的變化來決定是繼續(xù)運行還是停機檢修，從根本上杜絕了惡性事故的發(fā)生。此次l號爐丙排粉機軸承故障的早期診斷是cSI精密診斷儀器在鄒縣發(fā)電廠的成功運用，大大增強了推廣應(yīng)用各種先進(jìn)診斷技術(shù)的信心，使這些先進(jìn)技術(shù)為鄒縣發(fā)電廠的狀態(tài)檢修工作發(fā)揮更大的作用。小結(jié)： 滾動軸承故障診斷的發(fā)展趨勢(1) 非線性理論在軸承故障診斷中的應(yīng)用。目前對軸承故障的研究主要是分析故障信號的非線性特征即分形維數(shù)但是出現(xiàn)這些特征的機理以及故障發(fā)展趨勢對這些特征的影響還不清楚，這是軸承故障診斷中另一個很有前途的研究課題。(2)現(xiàn)代信號處理技術(shù)與智能診斷技術(shù)的融合，智能診斷技術(shù)包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和進(jìn)化計算等。(3)信號處理技術(shù)之間的相互融合，隨著故障診斷智能系統(tǒng)進(jìn)一步的深入研究，多種軸承故障分析方法相結(jié)合，如小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊識別與小波分析相結(jié)合等新分析方法應(yīng)用智能專家系統(tǒng)，提高診斷的效率和準(zhǔn)確率；參考文獻(xiàn)：1振動故障分析與診斷R恩泰克愛迪公司中園辦事處，20002謝衛(wèi)樂，李振梓黃