旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5/8/20241旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷主要內(nèi)容：1.旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動及故障概論2.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷信息的表達(dá)和分析3.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的簡易診斷方法4.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的精密診斷及典型故障分析5.滾動軸承的振動診斷方法6.齒輪和齒輪箱的監(jiān)測與診斷方法7.其他分析方法簡介5/8/20242旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷第五節(jié)、滾動軸承的振動診斷方法5.1滾動軸承的失效與振動測定5.1.1滾動軸承的失效形式滾動軸承在運行過程中，由于裝配不當(dāng)、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等都可能使軸承過早損壞。即使不出現(xiàn)上述情況，經(jīng)過一段時間運轉(zhuǎn)，軸承也會出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作?？傊瑵L動軸承的損傷形式是十分復(fù)雜的。表5-1為滾動軸承的主要損傷形式及產(chǎn)生原因。5/8/20243旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷損傷形式損傷原因損傷特征損傷結(jié)果疲勞①軸向載荷過大②軸向載荷過大，對中不良，潤滑不良③保持架的圓度誤差太大④裝配不當(dāng)，對中不良，軸彎曲⑤軸、保持架精度不高⑥安裝時沖擊載荷過大，圓柱滾子軸承的裝配過盈量太大①向心軸承的滾道僅一側(cè)表面剝落②雙列軸承的表面僅一側(cè)表面剝落③滾動體及滾道接觸邊緣剝落④滾動體的圓周方向在對稱位置上有剝落⑤滾子軸承的疾馳道和滾動體靠近端部外表面產(chǎn)生剝落⑥受力表面較大面積壓光和微觀剝落使?jié)L動體或滾道表面產(chǎn)生剝落坑，并向大片剝落發(fā)展，導(dǎo)致軸承失效膠合①潤滑不良，潤滑脂過硬，啟動時加速度太大②滾道面不平行，轉(zhuǎn)速過高③潤滑不良,裝配不當(dāng),軸向載荷過大①滾道面和滾動體表面出現(xiàn)膠合②深溝球軸承的滾道面出現(xiàn)螺旋狀膠合③滾子端面和擋邊外出現(xiàn)膠合導(dǎo)致表面燒傷，并使金屬從一個表面粘附到另一表面表5-1滾動軸承的主要損傷形式及產(chǎn)生原因5/8/20244旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷磨損①運輸中軸承受到振幅很小的搖擺運動作用②配合面間有微小間隙造成的滑動磨損③異物落入，潤滑不良，對中不良，裝配不當(dāng)①類似靜壓痕②在配合面上出現(xiàn)紅褐色磨損粉末的局部磨損③滾道面、滾動體面、凸緣面、保護(hù)架等磨損④圓錐滾子軸承擋邊磨損過大損傷軸承，降低軸承運轉(zhuǎn)精度腐蝕①軸承內(nèi)部配合面等銹蝕②滾動面上出現(xiàn)模板狀凸凹③表面紅色或黑色的銹斑①空氣中水分的凝結(jié)，腐蝕性介質(zhì)侵入②電流通過產(chǎn)生電火花熔化③微振，裝配不當(dāng)表面由于電流、化學(xué)和機(jī)械作用產(chǎn)生損傷，喪失精度而不能繼續(xù)工作破損①沖擊載荷過大，裝配不當(dāng)，膠合發(fā)展②沖擊載荷，熱處理不當(dāng)，裝配不當(dāng)，膠合發(fā)展③對中不良，裝配不當(dāng)，潤滑不良，異常載荷，轉(zhuǎn)速過快，異物進(jìn)入①外環(huán)或內(nèi)環(huán)產(chǎn)生裂紋②滾動體產(chǎn)生裂紋③保持架斷裂導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，斷裂，使軸承失效5/8/20245旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5.1.2滾動軸承的振動測定1.測定部位測定部位選擇的基本思路是選擇在離軸承最近、最能反映軸承振動的位置上。一般講，若軸承座是外露的，測點位置可直接選在軸承座上；若軸承座是非外露的，測點應(yīng)選擇在軸承座剛性較好的部分或基礎(chǔ)上。同時，應(yīng)在測點處做好標(biāo)記，以保證不會由于測點部位的不同而導(dǎo)致測量值的差異。由于滾動軸承的振動在不同方向上反映出不同的特性，因此一般情況下都應(yīng)按圖5-1所示那樣在水平（x）、垂直（y）和軸向（z）三個方向上進(jìn)行檢測。5/8/20246旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5/8/20247旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷2.測定參數(shù)根據(jù)滾動軸承的固有特性、制造條件、使用情況的不同，它所引起的振動可能是頻率為1kHz以下的低頻脈動，也可能是頻率為1kHz以上，數(shù)千赫乃至數(shù)十千赫的高頻振動，更多的情況是同時包含了上述兩種振動成分。因此，通常檢測的振動速度和加速度分別覆蓋了上述的兩個頻帶，必要時可用濾波器取出需要的頻率成分。如果是在較寬的頻帶上檢測振動級，則對于要求低頻振動小的軸承檢測振動速度，而對于要求高頻振動小的軸承檢測振動加速度。5/8/20248旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷3.測定周期

滾動軸承的振動檢測可分為：

A定期檢測對于定期檢測，為了早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，以免故障迅速發(fā)展到嚴(yán)重的程度，檢測的周期應(yīng)盡可能短一些。但如果檢測周期定得過短，則在經(jīng)濟(jì)上可能是不合理的。因此，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的需要和經(jīng)濟(jì)上的合理性來確定合理的檢測周期。

5/8/20249旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

B連續(xù)在線監(jiān)測連續(xù)在線監(jiān)測主要適用于重要場合或由于工況惡劣不易靠近滾動軸承的場合，以及滾動軸承加速劣化的階段，相應(yīng)的監(jiān)測儀器較定期檢測的儀器要復(fù)雜，成本也要高些。5/8/202410旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5.2滾動軸承的振動機(jī)理5.2.1滾動軸承振動的基本參數(shù)1.滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。圖5-2為滾動軸承的結(jié)構(gòu)簡圖。5/8/202411旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷2.滾動軸承的固有振動頻率滾動軸承在運行過程中，由于滾動體與內(nèi)圈或外圈沖擊而產(chǎn)生振動，這時的振動頻率為軸承各部分的固有頻率。固有振動中，外圈的振動表現(xiàn)最明顯，計算內(nèi)圈及外圈的固有振動頻率時，將它們看作為矩形截面的圓環(huán)，故可用如下近似公式：E—材料的彈性模量I—圓環(huán)中性軸截面二次矩—材料密度A—圓環(huán)的截面積D圓環(huán)中性軸直徑n—變形波的節(jié)線數(shù)5/8/202412旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5.2.2滾動軸承的振動特征1.滾動軸承的振動形式引起滾動軸承振動的原因很多，除了其本身的固有振動以外還包括以下振動：（1）軸承構(gòu)造引起的振動圖5-3所示的軸承，隨滾動體位置不同，其承載狀態(tài)也不斷變化，這將導(dǎo)致內(nèi)、外圈和滾動體產(chǎn)生彈性變形而引起振動。5/8/202413旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷（2）滾動體的非線性伴生振動滾動軸承靠滾道與滾動體的彈性接觸來承受載荷，具有一定的彈性，其剛性很高；當(dāng)軸承潤滑不良時，就會出現(xiàn)非線性的特性，如圖5-4所示，從而產(chǎn)生非線性振動。5/8/202414旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷（3）由于精加工波紋引起的振動若加工制造時，在滾道或滾動體上留有如圖5-5所示的加工波紋，那么當(dāng)凸起數(shù)目達(dá)到一定量值時，會產(chǎn)生特有的振動。5/8/202415旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷(4)滾動軸承的損傷引起的振動當(dāng)軸承損傷時，如圖5-6所示內(nèi)圈點蝕，就會引起相應(yīng)的沖擊振動。5/8/202416旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷(三)滾動軸承的故障診斷方法滾動軸承的故障診斷方法振動信號分析診斷聲發(fā)射診斷油液分析診斷光纖監(jiān)測診斷其中，振動信號分析診斷方法最為常用。5/8/202417旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5.3.1振動信號分析診斷

滾動軸承的振動信號分析故障診斷方法可分為：

（1）簡易診斷法

簡易診斷的目的是初步判斷被列為診斷對象的滾動軸承是否出現(xiàn)了故障。

（2）精密診斷法

精密診斷的目的是要判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的類別及故障原因。5/8/202418旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷用于滾動軸承簡易診斷的判定標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：⑴絕對判定標(biāo)準(zhǔn)

是用于判斷實測振值是否超限的絕對量值。⑵相對判定標(biāo)準(zhǔn)

是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障情況下的振值為基準(zhǔn)，根據(jù)實測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。5/8/202419旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

⑶類比判定標(biāo)準(zhǔn)

是對若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。注：絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有軸承的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。5/8/202420旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷（一）振動信號簡易診斷法有以下幾種：A振幅值診斷法

這里所說的振幅值指峰值均值（對于簡諧振動為半個周期內(nèi)的平均值，對于軸承沖擊振動為經(jīng)絕對值處理后的平均值）以及均方根值(有效值)。5/8/202421旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷診斷的。峰值反映的是某時刻振幅的最大值，因而它適用于象表面點蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷。另外，對于轉(zhuǎn)速較低的情況，也常采用峰值進(jìn)行診斷。均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點是檢測值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況。均方根值是對時間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時間緩緩變化的故障診斷。5/8/202422旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷B波形因數(shù)診斷法

波型因數(shù)定義為峰值與均值之比。該值也是用于滾動軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一。如圖5-7所示，當(dāng)值過大時，表明滾動軸承可能有點蝕，而值過小時，則有可能發(fā)生了磨損。5/8/202423旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷C概率密度診斷法

無故障滾動軸承的振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)分布曲線；而一旦出現(xiàn)故障，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象。D峭度系數(shù)診斷法

峭度定義為歸一化的4階中心矩，即式中

5/8/202424旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

—振幅均值；—標(biāo)準(zhǔn)差。x—瞬時振幅P(x)—概率密度；5/8/202425旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷5/8/202426旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷峭度系數(shù)診斷法的優(yōu)點：在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點蝕類故障的診斷。E沖擊脈沖法（SPM法）

沖擊脈沖法（ShockPulseMethod）的原理是，滾動軸承運行中有缺陷（如疲勞剝落、裂紋、磨損和混入雜物）時，就會發(fā)生沖擊，引起脈沖性振動。由于阻尼的作用，脈沖性振動是一種衰減性振動，因而沖擊脈沖的強(qiáng)弱反映了故障的程度。5/8/202427旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷當(dāng)滾動軸承無損傷或有極微小損傷時，脈沖值（dB值）很?。浑S著故障的發(fā)展，脈沖值逐漸增大。當(dāng)沖擊能量達(dá)到初始值的1000倍（60dB）時，就認(rèn)為該軸承的壽命已經(jīng)結(jié)束。當(dāng)軸承工作表面出現(xiàn)損傷時，所產(chǎn)生的實際脈沖值用表示，它與初始脈沖值之差稱為標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量﹣﹦根據(jù)值可以將軸承的工作狀態(tài)分為三個區(qū)域進(jìn)行診斷。5/8/202428旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測與診斷

(二)滾動軸承故障的精密診斷法

通過對滾動軸承實施簡易診斷發(fā)現(xiàn)有故障后，應(yīng)進(jìn)一步對其進(jìn)行精密診斷，即通過振動信號的頻率分析，以判明故障的類別和原因。

常用的精密診斷方法有：

A低頻信號分析法