軸承故障診療專家講座

軸承故障診療

軸承故障診療專家講座第1頁緒言軸承故障診療與狀態(tài)監(jiān)測是機(jī)械設(shè)備故障診療技術(shù)主要內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中軸承損壞故障約占30%。軸承運(yùn)行質(zhì)量除軸承元件本身加工質(zhì)量外，軸承安裝及裝配質(zhì)量影響很大。軸承故障診療專家講座第2頁滾動軸承失效形式

疲勞點(diǎn)蝕:因受滾動壓應(yīng)力磨損:因受壓力又有與內(nèi)外座圈相對滑動腐蝕:潤滑油中水分幾其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生銹蝕裂紋:因?yàn)槟ハ骰虼慊饡r(shí)作用而產(chǎn)生磨粒磨損:因?yàn)槟バ甲饔枚p軸承故障診療專家講座第3頁滾動軸承振動

一、隨機(jī)振動因?yàn)闈L動元件不圓度及表面粗糙度引發(fā)；又因?yàn)檩S承工作，使不圓度及表面粗糙度增大。軸承故障診療專家講座第4頁軸承故障診療專家講座第5頁二滾動軸承各元件諧振受機(jī)器各種振動激勵而引發(fā)軸承故障診療專家講座第6頁1.

鋼球諧振頻率FBRfbr=0.848/2r*(E/2ρ)1/2E—彈性模量N/m2P—滾動元件材料密度kg/m3R—滾動元件半徑m軸承故障診療專家講座第7頁2.

軸承座圈諧振頻率FRRFrr=K*(K2–1)*a-2(

EI／M)-2a—回轉(zhuǎn)軸線到中性軸半徑mK—共振階數(shù)I—座圈繞中性軸慣性矩m4M—座圈單位長度質(zhì)量kg/m軸承故障診療專家講座第8頁三滾動體含有缺點(diǎn)后振動1.

內(nèi)圈有剝落fi=fo/2(1+dcosβ/D)Z2.

外圈有剝落fo=fo/2(1+dcosβ/D)Z3.

滾動體剝落fb=Dfo/d[1-(d/D)2cos2β]4.

保持架有故障fc=fo/2(1-dcosβ)m軸承故障診療專家講座第9頁Fo—軸承轉(zhuǎn)頻率Z—滾珠個(gè)數(shù)d—滾珠直徑（參閱左圖）D—軸承滾道節(jié)徑β—接觸角m—斷裂數(shù)*注：不論元件上剝落坑有多少，頻率不變。軸承故障診療專家講座第10頁四.裂紋擴(kuò)展

裂紋產(chǎn)生及在受載工作中繼續(xù)擴(kuò)展，不但會引發(fā)振動，而且能量不會以聲發(fā)射形式釋放出來。軸承故障診療專家講座第11頁五軸承各種振動在頻譜中位置

Ⅰ—各種故障頻率范圍Ⅱ—共振頻率范圍Ⅲ—聲發(fā)射范圍軸承故障診療專家講座第12頁

軸承監(jiān)測與故障診療方法

1.

振動測試2.

噪聲測試3.

溫度測定4.

油液分析（磨屑分析）5.

軸承間隙測定6.

油膜電阻測定軸承故障診療專家講座第13頁振動（噪聲）頻譜分析法軸承故障診療專家講座第14頁經(jīng)時(shí)域多段平均處理后

50HZ——軸頻36.1HZ——保持架經(jīng)過頻率200.91HZ——外圈經(jīng)過頻率380HZ——滾動體經(jīng)過頻率軸承故障診療專家講座第15頁倒頻譜分析法

正常滾動軸承倒頻譜分析圖

軸承故障診療專家講座第16頁有故障滾動軸承頻譜圖軸承故障診療專家講座第17頁有故障滾動軸承倒頻譜分析圖特征值

q1—9.470MS（105.60HZ）——滾珠故障頻率q2—37.90MS（26.39HZ）——內(nèi)圈故障頻率軸承故障診療專家講座第18頁三、SPM（SHOCKPULSEMETHOD）和IFD（INCIPIENTFAILUREDETECTION）法原理：對故障所引發(fā)低頻（通常是數(shù)KHZ以內(nèi)）沖擊脈沖激起了高頻（數(shù)十倍于沖擊頻率）共振波形進(jìn)行包絡(luò)、檢波、低通濾波（即解調(diào)）取得一個(gè)對應(yīng)于低頻沖擊而又放大并展寬共振解調(diào)波形。軸承故障診療專家講座第19頁軸承故障診療專家講座第20頁共振解調(diào)波優(yōu)點(diǎn)：

1）剔除了低頻振動干擾2）含有未知故障信息（即S/N↑）對于共振解調(diào)波后續(xù)處理方法不一樣，可分為SPM及IFD法軸承故障診療專家講座第21頁2.

SPM法

它是應(yīng)用共振解調(diào)波幅值來進(jìn)行診療。共振解調(diào)波經(jīng)過峰值檢波、平均、保持、測得沖擊量值SV。再用一經(jīng)驗(yàn)公式取得均一化沖擊量值DBN=20log＊＊SV／n＊Do.6

軸承故障診療專家講座第22頁軸承故障診療專家講座第23頁0dB正常狀態(tài)顯示在綠框20

dB

不好狀態(tài)顯示在黃框35dB

壞狀態(tài)顯示在紅框軸承故障診療專家講座第24頁3.

IFD法

該法既應(yīng)用共振解調(diào)波幅值又利用它頻率信息，即對共振解調(diào)波進(jìn)行FFT后做頻譜分析，尋找上節(jié)中提到軸承各元件故障對應(yīng)頻率。軸承故障診療專家講座第25頁四、振動簡易診療法

可用簡易測振儀來取得軸承工況信息?？捎酶鞣N參數(shù)，如波峰原因、峭度、歪度等。

軸承故障診療專家講座第26頁軸承故障診療專家講座第27頁五、接觸電阻法

實(shí)例1）某變速箱輸出軸后軸承（型號50309）滾動體外圈上有點(diǎn)蝕測試時(shí)頻域信號

軸承故障診療專家講座第28頁軸承故障診療專家講座第29頁實(shí)例：1、某變速箱輸出軸后軸承（型號為50309）滾動體外圈有點(diǎn)蝕，測試時(shí)發(fā)覺：時(shí)域信號出現(xiàn)調(diào)制峰群

軸承故障診療專家講座第30頁軸承故障診療專家講座第31頁輸入軸轉(zhuǎn)速為1484rpm時(shí)：2258.3Hz為外圈共振頻率調(diào)制頻率：34.47Hz外圈故障23.06Hz滾珠故障軸承故障診療專家講座第32頁軸承故障診療專家講座第33頁2同一減速機(jī)另一次測振時(shí)結(jié)果中間軸軸承（型號50308）

1）、2258.3Hz為外圈共振頻率2）、34.32Hz為外圈故障經(jīng)過頻率3）、53.1Hz為內(nèi)圈故障經(jīng)過頻率軸承故障診療專家講座第34頁軸承故障診療專家講座第35頁軸承故障診療專家講座第36頁軸承故障診療專家講座第37頁軸承故障診療專家講座第38頁軸承故障診療專家講座第39頁軸承故障診療專家講座第40頁軸承故障診療專家講座第41頁軸承故障診療專家講座第42頁軸承故障診療專家講座第43頁軸承故障診療專家講座第44頁軸承故障診療專家講座第45頁滑動軸承故障及其診療軸承故障診療專家講座第46頁一.滑動軸承故障

1.

潤滑不良2.

間隙不妥（間隙過大，間隙過?。?.

軸瓦碰摩軸承故障診療專家講座第47頁二.潤滑不良引發(fā)振動

1.半速渦動ωj=ω/2ω—軸角頻率

ωj—軸徑中心O’

繞軸承中心旋轉(zhuǎn)角頻率，方向同。普通ωj≤

ω/22.油膜振蕩當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速兩倍時(shí)，而ωj=ω/2=ωr，此時(shí)會產(chǎn)生激烈振動，振幅突然升高。

ωr—諧振角頻率3.油液不結(jié)會引發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)指軸與軸瓦間不能形成穩(wěn)定油膜來支撐轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承故障診療專家講座第48頁三.滑動軸承軸瓦間隙不妥引發(fā)振動。1.

間隙過小——不能形成穩(wěn)定油膜層，有小高頻振動，間有低頻振動。*能夠經(jīng)過瓦溫與回油溫度即可判別。2.

間隙過大——主振頻率為軸頻Fo（與不平衡及平行不對中故障類似）徑向振動大。3.

*不一樣處：A）單一方向定向振動（松動是上下）B）振動隨負(fù)荷增大而增大C）降低油溫回有好轉(zhuǎn)D）頻譜圖上會出現(xiàn)高信頻率成份軸承故障診療專家講座第49頁四.滑動軸承軸瓦碰摩引發(fā)振動

1.

產(chǎn)生高頻和分頻成份，但不是線性，幅值不穩(wěn)定2.

與純間隙不妥振動，頻譜更豐富（包含高、低頻）3.

碰摩愈重，1/2分頻越突出軸承故障診療專家講座第50頁五.實(shí)例

1.

空壓機(jī)額定轉(zhuǎn)速7560r/min，額定功率4170kW，五塊可傾徑向軸承。問題：從7000r/min提升7050r/min，壓縮機(jī)兩端產(chǎn)生振動，主頻在1/3Fo，即使再降低轉(zhuǎn)速每顯著好轉(zhuǎn)。軸承故障診療專家講座第51頁空壓機(jī)結(jié)構(gòu)及測點(diǎn)布置軸承故障診療專家講座第52頁軸承故障診療專家講座第53頁處理：把油溫降低50C反應(yīng)：振動值下降從160μm降至150μm，主頻轉(zhuǎn)為Fo判定：因?yàn)橛湍げ粷嵍环€(wěn)定，引發(fā)軸瓦和軸徑干摩擦，潤滑不良維修：把油過濾除去油中雜質(zhì)及水分效果：一切正常軸承故障診療專家講座第54頁2.

空壓機(jī)額定功率2500kW，額定轉(zhuǎn)速8290r/min，五塊可傾徑向軸承

軸承故障診療專家講座第55頁圖：振動故障頻譜圖

軸承故障診療專家講座第56頁問題：開車后發(fā)生間隔2小時(shí)間歇振動，且振動循環(huán)周期越來越短，603ch達(dá)滿量程，主導(dǎo)頻率為軸頻F0，表達(dá)定向振動最終只好降負(fù)荷降轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。判定：軸瓦間隙不妥（過大）軸承故障診療專家講座第57頁3.

富氧壓縮機(jī)額定轉(zhuǎn)速12552r/min問題：汽輪機(jī)靠聯(lián)軸節(jié)端9號瓦振動偏高軸承故障診療專家講座第58頁空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖

軸承故障診療專家講座第59頁機(jī)組故障頻譜圖（9瓦垂直）

軸承故障診療專家講座第60頁分析及處理：在譜圖上除F0處有來窗2.3……高倍頻成份隨負(fù)荷增大，振動值顯著增大判定：軸瓦間隙過大解體觀察：9號軸瓦軸承座下面固定螺栓松脫，造成軸瓦松動，使間隙偏大軸承故障診療專家講座第61頁4.

循環(huán)機(jī)壓縮機(jī)

額定功率1860KW，額定轉(zhuǎn)速72094R/MIN，五塊可傾瓦徑向軸承軸承故障診療專家講座第62頁循環(huán)氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)圖軸承故障診療專家講座第63頁振動故障頻譜圖

軸承故障診療專家講座第64頁問題：壓縮機(jī)曾進(jìn)水并造成機(jī)組功率突然提升，排水后重新開車，振動惡化。在800ch，振值由4μm增到10μm在801ch，振值達(dá)滿量程但機(jī)組軸瓦溫度及潤滑油溫度沒改變軸承故障診療專家講座第65頁測定：二頻F0振值顯著增大，在1/2F0處出現(xiàn)低值寬帶，但振值不穩(wěn)定，機(jī)組負(fù)荷由80%提升到85%時(shí)，全頻道振值增大，在1/2處振幅增大更顯著。軸承故障診療專家講座第66頁判定：因?yàn)檫M(jìn)水后，機(jī)組功率增大，造成轉(zhuǎn)子與末端軸瓦摩碰，使支撐油膜破壞引發(fā)激烈振動，隨負(fù)荷增加情況惡化。開機(jī)檢驗(yàn)：五塊瓦都有不一樣程度研磨軸承故障診療專家講座第67頁六.試驗(yàn)分析

用短時(shí)付氏變換S(t.f）=∫-∝+∝x(t)h(t-)e￣2jfd軸承故障診療專家講座第68頁分析試驗(yàn)結(jié)果：

1.

非接觸摩擦（有潤滑油）：大多分布在3KHz以下軸承故障診療專家講座第69頁非接觸摩擦階段振動信號軸承故障診療專家講座第70頁非接觸摩擦階段短時(shí)付立葉變換譜陣

軸承故障診療專家講座第71頁2.

輕度摩擦（停油，留有一定油量，軸承間油膜時(shí)有破裂，軸與軸承短暫接觸）不論頻率還是幅值波動較大，主頻大致在6KHZ到10KHZ軸承故障診療專家講座第72頁輕度摩擦階段振動信號軸承故障診療專家講座第73頁輕度摩擦階段短時(shí)付立葉變換譜陣

軸承故障診療專家講座第74頁3.

嚴(yán)重摩擦（油膜完全破裂，軸與軸承連續(xù)接觸）

因?yàn)檩S與軸承連續(xù)接觸，接觸面較大，摩擦力沖擊則較小且穩(wěn)定，所以振值反而比輕度摩擦微笑且平穩(wěn)，其主頻大致在6KHZ左右。軸承故障診療專家講座第75頁嚴(yán)重摩擦階段振動信號軸承故障診療專家講座第76頁嚴(yán)重摩擦階段短時(shí)付立葉變換譜陣

軸承故障診療專家講座第77頁七.小經(jīng)驗(yàn)介紹：

1.

某廠在終年監(jiān)測基礎(chǔ)上得出了一條非常有效而實(shí)用經(jīng)驗(yàn)：在軸承座鉛垂方向和水平方向同時(shí)監(jiān)測其振動值時(shí)，因?yàn)檩S承座水平方向剛性小，所以普通來講水平方向振動值大于鉛垂方向。一旦鉛垂方向振值>水平方向振值時(shí)，則軸瓦振裂。因?yàn)檩S瓦振裂，間隙增大，剛性減小會出現(xiàn)各種振動頻率成份，并使整個(gè)振動振幅增大。軸承故障診療專家講座第78頁2.

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音診療

設(shè)備開動，各部軸承都在飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，必定產(chǎn)生各種聲響。這些聲響中，有屬于正常聲響，有則屬于異常聲響。異常聲響表現(xiàn)為滾動軸承或滑動軸承故障先兆或是故障正在形成，或已經(jīng)發(fā)生。所以，我們就要經(jīng)過各種聲響，采取不一樣方法加以排除，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。軸承故障診療專家講座第79頁滾動軸承或滑動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，其正常工作狀態(tài)是：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快、無停滯現(xiàn)象，發(fā)出聲音友好，而無任何雜音。如為“嘩嘩”聲音，均勻連續(xù)而無間斷，則為正常聲響，亦說明潤滑良好。若有以下聲響者，就是潤滑不良聲音或其它故障聲響：如“咝咝”聲音：是軸承內(nèi)加脂量不夠，缺乏油脂所致，正確是油粘度應(yīng)高些，填充空隙在1/2~1/3之間，潤滑油面高度普通不超出最低