滾動軸承故障診斷分析-專家版

1、PAGE PAGE 17Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.滾動軸承故障診斷1（之國外專家版）滾動軸承故障現(xiàn)代工業(yè)通通用機械械都配備備了相當當數(shù)量的的滾動軸軸承。一一般說來來，滾動動軸承都都是機器器中最精精密的部部件。通通常情況況下，它它們的公公差都保保持在機機器的其其余部件件的公差差的十分分之一。但但是，多多年的實實踐經(jīng)驗驗表明，只只有100%以下下的軸承承能夠運運行到設設計壽命命年限。而而大約440%的的軸承失失效是由由于潤滑滑引起的的故障，330%失失效是由由于不對對中或“卡卡住”等等裝

2、配失失誤，還還有200%的失失效是由由過載使使用或制制造上缺缺陷等其其它原因因所致。如果機器都都進行了了精確對對中和精精確平衡衡，不在在共振頻頻率附近近運轉(zhuǎn)，并并且軸承承潤滑良良好，那那么機器器運行就就會非常?？煽?。機器器的實際際壽命也也會接近近其設計計壽命。然然而遺憾憾的是，大大多數(shù)工工業(yè)現(xiàn)場場都沒有有做到這這些。因因此有很很多軸承承都因為為磨損而而永久失失效。你你的工作作是要檢檢測出早早期癥狀狀并估計計故障的的嚴重程程度。振振動分析析和磨損損顆粒分分析都是是很好的的診斷方方法。1、頻譜特特征故障軸承會會產(chǎn)生與與1X基基頻倍數(shù)數(shù)不完全全相同的的振動分分量換言之之，它們們不是同同步的分分量。對

3、對振動分分析人員員而言，如如果在振振動頻譜譜中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)不同步步分量那那么極有有可能是是軸承出出現(xiàn)故障障的警告告信號。 振動分分析人員員應該馬馬上診斷斷并排除除是否是是其它故故障引起起的這些些不同步步分量。（非轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)峰值疑似為故障信息）如果看到不不同步的的波峰，那那極有可可能與軸軸承磨損損相關。如如果同時時還有諧諧波（基基頻的倍倍頻）和和邊頻帶帶出現(xiàn)，那那么軸承承磨損的的可能性性就非常常大這時候候你甚至至不需要要再去了了解軸承承準確的的擾動頻頻率。2、擾動頻頻率計算算有四個與軸軸承相關關的擾動動頻率：球過內(nèi)內(nèi)圈頻率率（BPPI）、球球過外圈圈頻率（BBPO）、保保持架頻頻率（FFT）和和球的自

4、自旋頻率率（BSS）（外外圈，內(nèi)內(nèi)圈，保保持架，滾滾動體特特征頻率率）。軸承的的四個物物理參數(shù)數(shù)：球的的數(shù)量、球球的直徑徑、節(jié)徑徑（滾柱柱圓心對對應軸承承的半徑徑D）和接觸觸角。其其中，BBPI和和BPOO的和等等于滾珠珠/滾柱柱的數(shù)量量。例如如，如果果BPOO等于33.2 X（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頻），BBPI等等于4.8 XX，那么么滾珠/滾柱的的數(shù)量必必定是88。軸承擾動頻頻率的計計算公式式如下：注意：BSS的值可可能會加加倍，因因為所給給的公式式針對的的是球撞撞擊內(nèi)圈圈或外圈圈的情況況。如果果有庇點點的滾球球/滾柱柱同時撞撞擊內(nèi)圈圈和外圈圈，那么么其頻率率值應該該加倍。需要說明的的是由于于受到各各種實

5、際際情況如如滑動、打打滑、磨磨損、軸軸承各參參數(shù)的不不精確（如如直徑可可能不完完全精確確）等的的影響，我我們所計計算出來來的頻率率值可能能會與真真實值有有小范圍圍的差異異。在檢查過程程中你可可能會經(jīng)經(jīng)常涉及及到滾珠珠的數(shù)目目，對于于軸承而而言你所所能了解解到的信信息可能能只有滾滾珠（或或滾柱）的的數(shù)目。如如果能夠夠根據(jù)頻頻譜（或或其它地地方）確確定其中中一個的的擾動頻頻率，我我們就可可以根據(jù)據(jù)它計算算出其它它的頻率率。對于四個擾擾動頻率率計算還還有一個個近似的的經(jīng)驗公公式可供供參考。對對于812個個滾珠/滾柱的的軸承：BPOO通常等等于滾珠珠數(shù)量的的0.44倍，BBPI是是滾珠數(shù)數(shù)量的00.6

6、倍倍，而FFT等于于0.44 X。 3、軸承失失效的九九個階段段有人把軸承承失效劃劃分為四四個階段段，在此此我們?yōu)闉榱嗣枋鍪龅酶蛹釉敿殞⑺毞址譃榫艂€個階段。第一階段：在軸承失效效的最初初階段，其其頻率范范圍大約約在200 KHHz660 KKHz之之間或更高高。有多多種電子子設備可可以用來來檢測這這些頻率率，包括括峰值能能量、 HFDD、 沖沖擊脈沖沖、 SSEE等等超音頻頻測量裝裝置。在在這個階階段，普普通的頻頻譜上不不會出現(xiàn)現(xiàn)任何顯顯示。第二階段：由于軸承上上的庇點點增大，使使它在共共振（固固有）頻頻率處發(fā)發(fā)出鈴叫叫聲。同同時該頻頻率還作作為載波波頻率調(diào)調(diào)制軸承承的故障障頻率。第三階

7、段：出現(xiàn)軸承故故障頻率率。開始始的時候候我們只只能觀察察到這個個頻率本本身。圖圖中所示示為軸承承內(nèi)圈故故障時的的頻譜顯顯示。當當軸承磨磨損進一一步加劇劇后，在在故障頻頻率（例例子中的的BPII）處的的波峰值值將會升升高。大大多數(shù)情情況下波波峰值將將隨著時時間線性性增加。第四階段：隨著故障的的發(fā)展，故故障頻率率將產(chǎn)生生諧波。這這表明發(fā)發(fā)生了一一定程度度的沖擊擊。故障障頻率的的諧波有有時可能能會比基基頻波峰峰更早被被發(fā)現(xiàn)。因因此，我我們首先先要查找找頻譜中中的非同同步波峰峰，并查查證是否否有諧波波。對應應的時域域波形中中同時也也會出現(xiàn)現(xiàn)沖擊脈脈沖的顯顯示。故障頻率及及其諧波波的幅值值在開始始階段都

8、都比較低低。如果果你僅僅僅通過線線性坐標標圖表來來查看數(shù)數(shù)據(jù)，很很容易錯錯過這些些重要的的故障信信號。因因此，建建議結(jié)合合對數(shù)坐坐標來進進行分析析，從而而及時發(fā)發(fā)現(xiàn)軸承承故障的的早期顯顯示。如果你想要要進行軸軸承的早早期故障障預報，那那么就應應該使用用加速度度為單位位來采集集高頻時時域波形形（使用用加速度度傳感器器）也就是是說，不不要進行行積分。加加速度能能突出信信號中的的高頻成分分，這對對于我們們的應用用來說是是很理想想的方法法。第五階段：隨著故障狀狀態(tài)的惡惡化，軸軸承的損損壞更加加嚴重，振振動級將將繼續(xù)升升高，同同時出現(xiàn)現(xiàn)更多的的諧波。由由于故障障自身的的性質(zhì)，這這時還會會出現(xiàn)邊邊頻帶。時

9、時域波形形上的尖尖峰波將將更加清清晰和明明顯，你你甚至能能夠通過過測量尖尖峰間的的時間間間隔來計計算故障障頻率。高高頻率的的軸承檢檢測，如如峰值能能量和沖沖擊脈沖沖所得到到的趨勢勢都在持持續(xù)上升升。此時引起調(diào)調(diào)制的原原因有二二個：第第一種情情形是當當內(nèi)圈出出現(xiàn)故障障時，如如果它位位于加載載區(qū)域時時，產(chǎn)生生的沖擊擊會更加加劇烈，從從而產(chǎn)生生更高的的振幅。當當內(nèi)圈故故障位置置移出加加載區(qū)后后，其振振幅又會會降低，并并在軸承承頂部達達到最小小值。在在這種情情況下內(nèi)內(nèi)圈的故故障頻率率將被（內(nèi)內(nèi)圈的）旋旋轉(zhuǎn)頻率率所調(diào)制制，于是是我們可可以在頻頻譜中看看到1 X邊頻頻帶出現(xiàn)現(xiàn)。如果滾珠出出現(xiàn)問題題，也會會

10、因相同同的原因因，產(chǎn)生生調(diào)制。當當滾珠運運轉(zhuǎn)在載載荷區(qū)會會產(chǎn)生比比運轉(zhuǎn)在在非載荷荷區(qū)更強強烈的沖沖擊。越越接近載載荷區(qū)，振振幅越高高。滾珠珠沿軸承承以保持持架頻率率FT滾滾動。該該頻率低低于1 X典型的的FT大大約等于于0.44 X。當我們能夠夠從頻譜譜中觀察察到諧波波，特別別是邊頻頻帶后，軸軸承上的的磨損就就已經(jīng)能能夠用肉肉眼觀察察到了。這這時候，你你就可以以建議更更換軸承承了。滾動軸承故故障診斷斷2第六階段：1X處的幅幅值增大大，并出出現(xiàn)1XX的諧波波，這是是由于磨磨損引起起間隙增增大的結(jié)結(jié)果。第七階段：現(xiàn)在我們看看見故障障頻率及及其邊頻頻帶變成成峰丘狀狀，經(jīng)常常被叫作作干草草堆。這這是由

11、于于寬帶噪噪聲所致致。在*近機器器的地方方，你還還能聽到到軸承發(fā)發(fā)出的噪噪聲。在在這個階階段，高高頻率的的軸承測測量量可可能會逐逐漸減少少。如果果你用測測量工具具測到的的振幅有有下降趨趨勢，不不要以為為是情況況出現(xiàn)好好轉(zhuǎn)，而而應該盡盡快去定定購用來來更換的的軸承了了！第八階段：頻譜中的“干干草堆”將將繼續(xù)擴擴大，諧諧波隨著著松動的的增加而而增大，高高頻率的的軸承測測量顯示示出的趨趨勢可能能會繼續(xù)續(xù)降低，但但重要的的是整個個噪聲水水平都在在上升。你你能清晰晰的聽到到軸承發(fā)發(fā)出的聲聲音，這這預示著著軸承即即將報廢廢。第九階段：到了這個階階段以后后，頻譜譜會變得得平直，因因為機器器已經(jīng)不不能運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)了

12、！4、解調(diào)頻頻譜及在在滾動軸軸承診斷斷中的應應用振動解調(diào)可可以在滾滾動軸承承故障發(fā)發(fā)展的初初始階段段檢測到到故障信信息，并并且可以以跟蹤軸軸承的故故障發(fā)展展，在軸軸承故障障的不同同階段中中以不同同的信息息反映軸軸承不同同的故障障狀態(tài)。4-1使用用和認識識解調(diào)以上已經(jīng)論論述了如如下事實實：在軸軸承故障障的早期期階段可可以觀察察到在機機器固有有頻率處處的振動動。軸承承在固有有頻率上上產(chǎn)生“鳴鳴叫”。 軸承的的損壞所所引起的的沖擊導導致軸承承“鳴叫叫”。因因此，我我們實際際得到的的是故障障頻率的的邊頻帶帶。（如如在第二二階段上上的圖示示）在軸軸承失效效的晚期期，我們們也能觀觀察到存存在1X邊邊頻帶或

13、或保持架架轉(zhuǎn)速的的邊頻帶帶調(diào)制，他他們分別別代表了了軸承內(nèi)內(nèi)圈和滾滾珠的故故障。（如如在第五五階段上上的圖示示）4-2解調(diào)調(diào)結(jié)合上述兩兩種情形形，我們們會想：如果能能夠檢測測到故障障頻率邊邊頻帶的的軸承共共振是否否就還能能給出非非常早的的軸承磨磨損警告告呢？答答案是肯肯定的。但但是由于于測量的的是高頻頻低幅信信號，因因此它容容易被其其他振源源信號所所掩蓋。一一種解決決方法就就是對信信號進行行解調(diào)。簡簡單的說說，就是是首先使用用高通濾波波器過濾濾主要的的低頻成成份，然然后進行行檢波（解解調(diào)），接著為了了抗混頻頻還需要要使用低低通濾波波器去除除高頻信信號。仔細查看頻頻譜，你你會在原原始信號號中發(fā)現(xiàn)

14、現(xiàn)許多振振動源，特特別是那那些比軸軸承共振振幅值還還高的地地方。如如果我們們查看時時域波形形，會發(fā)發(fā)現(xiàn)正弦弦信號與與密集的的高頻雜雜波相伴伴。動態(tài)態(tài)的高頻頻雜波來來源于軸軸承的“鳴鳴叫”。首先是要通通過高通通濾波器器濾掉低低頻信號號并讓高高頻信號號通過。濾濾波器可可以設置置成讓高高于20000HHZ的頻頻率通過過（用于于軸承分分析）。結(jié)結(jié)果信號號仍然包包含高頻頻成份，但但較高振振幅的信信號應已已經(jīng)被過過濾掉了了。時域域波形上上也只剩剩下軸承承的沖擊擊信號，這這才是最最重要的的信息。 滾動軸承故故障診斷斷3其次，我們們將頻率率坐標上上部的邊邊頻帶“迭迭放”到到“基帶帶”上。可可以用解解調(diào)器來來實

15、現(xiàn)，實實際上它它就相當當于一個個典型的的整流器器（翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所有的的負向信信號）。整整流的過過程中會會去掉負負向信號號，剩下下的就只只是正向向信號了了。如（RRecttifiied siggnall整流信信號圖所所示） HYPERLINK /perfect8182/69317109/1919057853.jpg o 新窗口打開 之后，我們們?yōu)V掉來來自其他他調(diào)制源源的殘余余信號。一一些解調(diào)調(diào)器產(chǎn)品品允許手手動控制制濾波器器，然而而大多數(shù)數(shù)情況下下該功能能都由數(shù)數(shù)據(jù)采集集器中的的抗混頻頻濾波器器來完成成（基于于選擇的的頻率范范圍）。 對時域域波形而而言，所所有的高高頻信息息都被濾濾掉。有有人也把把它叫

16、做做“包絡絡檢定器器”。解調(diào)測試最最重要的的是選擇擇頻率范范圍。一一般的原原則是：范圍應應控制在在1520XX（也就就是運行行速度的的1520倍倍）之間間。我們們的目的的是要確確保最后后只留下下需要的的調(diào)制信信號。機機器可能能多半會會有其他他的調(diào)制制信號源源，因此此最佳的的規(guī)則是是：把頻頻率范圍圍設定為為整個邊邊頻帶寬寬度的一一半。到到最后，留留下的信信號應該該是有一一系列很很強的諧諧波這取決決于故障障的嚴重重程度了了。解調(diào)頻譜與與普通振振動頻譜譜相比有有些不同同。你不不是根據(jù)據(jù)振幅大大小來確確定故障障的嚴重重程度，而而是通過過測量數(shù)數(shù)據(jù)間的的對比分分析來進進行判斷斷，最重重要的是是將波峰峰和

17、噪聲聲水平進進行比較較。一般般說來當當損壞程程度較低低時波峰峰將非常常小。隨著故障破破壞的進進一步發(fā)發(fā)展，振振動波峰峰將逐漸漸從噪聲聲中凸顯顯出來。當出現(xiàn)嚴重重故障時時，波峰峰值將高高出噪聲聲水平約約20 dB（1100 X）。（10lg(a/b)-a/b=100）當軸承破壞壞非常嚴嚴重處于于前面所所述的第第七或第第八階段段時，噪噪聲水平平將上升升到接近近波峰處處。這是是一個非非常糟糕糕的信號號預預示著軸軸承即將將完全失失效！該過過程也可可適用于于機器的的其它故故障分析析：齒輪輪嚙合分分析、電電機電流流分析、電電動機氣氣隙偏心心分析和和其它調(diào)調(diào)制信號號源。（注注：在齒齒輪箱中中經(jīng)常會會發(fā)生頻頻

18、率調(diào)制制，這可可能導致致分析振振幅解調(diào)調(diào)數(shù)據(jù)時時得到錯錯誤的結(jié)結(jié)果。這這個問題題已超出出本討論論的范圍圍，但必必須對此此有所認認識。）軸承的解調(diào)調(diào)測試的一一個好處處是能夠夠幫助你你查明具具體哪個個軸承出出現(xiàn)了故故障。如如果你不不知道軸軸承的詳詳細參數(shù)數(shù)，也不不知道故故障頻率率，或你你知道了了故障頻頻率，但但機器上上有多個個同樣的的軸承。那那么我們們可以對對所有的的軸承進進行檢測測，或只只取其一一個作診診斷測試試，都能能把問題題軸承找找出。5、沖擊脈脈沖法、峰峰值能量量法、高高頻檢測測法等（僅僅作簡單單論述）不同同的監(jiān)測測公司往往往采用用了不同同的監(jiān)測測技術。其其中包括括：沖擊擊脈沖法法、峰值值能量法法、高頻頻檢測法法等等。簡簡單的說說，這些些方法就就是利用用軸承發(fā)發(fā)生故障障時出現(xiàn)現(xiàn)的癥狀狀進行診診斷