2022年机械故障诊断小优秀论文.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 滚动轴承故障诊断分析0引言：随着科技的进展,现代工业正逐步向生产设备大型化、复杂化、高速化和 自动化方向进展,在提高生产率、降低成本、节省能源、削减废品率、保证产 品质量等方面具有很大的优势；但是,由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的缺失和 对环境的破坏等也是很严峻的,这就使得人们对诸如航空航天器、核电站、热 电厂及其他大型化工设备的牢靠性、安全性提出了越来越高的要求；除了在设 计与制造阶段,通过改进牢靠性设计、讨论和应用新材料、新工艺以及加强生 产过程中的质检掌握措施提高系统的牢靠性与安全性外,提高系统牢靠性与安 全性的另一个

2、重要途径就是对系统的工作状态进行实时的监测与诊断,从而实 现对设备的有效掌握,并对灾难性故障的发生进行预警,为实行相应的补救措 施供应有效的信息；故障诊断理论就是为了满意对系统牢靠性和安全性要求的 提高,削减并掌握灾难性事故的发生而进展起来的；因此,故障诊断理论的发 展必将促进故障监测和监控系统的快速进展与广泛应用,从而可以进一步的提 高系统运行的牢靠性与安全性,并由此产生庞大的经济和社会效益；而滚动轴承是旋转机械最重要的零部件之一, 也是旋转机械中的易损零件；据统计旋转机械的故障有 30%是由轴承故障引起的 , 轴承的故障会导致机器猛烈振动和产生噪声 , 甚至会引起设备的损坏；因此 , 对滚

3、动轴承故障的诊断分析 , 在生产实际中尤为重要；滚动轴承诊断方法有倒频谱分析、特点参数分析法、冲击脉冲法、包络分析法、小波分析等；振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法；一般方式为：利用数据采集器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存,名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 传送到运算机,利用振动分析软件进行深化分析,从而得到滚动轴承各种振动 参数的精确数值,进而判定这些滚动轴承是否存在故障；1 滚动轴承的故障形式 滚动轴承在正常情形下,长时间运转也会显现疲惫剥落和磨损；而制造缺陷、对重偏差大、转子不平稳、基础

4、松动、润滑油变质等因素会加速轴承的损坏；疲惫剥落 滚动轴承的内外滚道和滚动体交替进入和退出轴承区域,这些部件因长时 间承担交变载荷的作用,第一从接触表面以下最大交变切应力处产生疲惫裂 纹,继而扩展到接触表面在表面产生点状剥落,逐步进展到大片剥落,称之为 疲惫剥落；磨损 长时间运转使轴承的内外滚道和滚动体表面不行防止的产生磨损,连续的 磨损使轴承间隙增大,振动和噪声增加；润滑不良和硬质颗粒进入滚道会加速 轴承的磨损；断裂 当轴承所受载荷、震惊过大时,内外圈的缺陷位置在滚动体的反复冲击 下,缺陷逐步扩展而断裂；锈蚀 水分或酸碱性物质直接侵入会引起轴承锈蚀；当轴承内部有电流通过时,在滚道和滚动体的接

5、触点处引起电火花而产生电腐蚀,在表面上形成搓板状的 凹凸不平；擦伤 由于轴承的内外滚道和滚动体表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面受力 不均,在润滑不良、高速重载工况下,因局部摩擦产生的热量造成接触面局部 变形和摩擦焊合,严峻时表面金属可能局部融解,接触面上作用力将局部摩擦 焊接点从基体上撕裂；2 滚动轴承的失效形式轴承失效通常划分为四个阶段：名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一阶段 ：在轴承失效的初始阶段,故障频率显现在超声频段；有多种信号处理手段能够检测到这些频率,如峰值能量gSE、应力波PeakVue、包络谱E

6、SP、冲击脉冲 SPM等；此时,轴承故障频率在加速度谱和速度频谱图上均无显 示；其次阶段 ：稍微的轴承故障开头激起轴承元件的固有频段,一般在 5002KHz范畴内；同时该频率仍作为载波频率调制轴承的故障频率；起初只能观看到这 个频率本身,后期表现为在固有频率邻近显现边频；此时,轴承仍可安全运 转；第三阶段 ：轴承故障频率的谐波开头显现,边频带数目逐步增多；谐波有时会比基频更早被发觉；峰值能量gSE、应力波 PeakVue、包络谱 ESP、冲击脉冲 SPM所测故障频率幅值显著上升；加速度频谱图上也可能观看到轴承故障的 高次谐波；此时需要停机检修；第四阶段 ：在加速度和速度频谱图上均能看到轴承故障

7、频率的基频和高次 谐波,并相伴有转速频率的边频带,各种手段所测频谱图的基底噪音水平升 高,继而轴承故障频率开头消逝被随机振动或噪音代替；能明显听到故障轴承 产生的噪声；此时轴承已处于危急状态；3 故障分析方法3.1 倒频谱分析法倒频谱分析也称为二次频谱分析,是对信号x（t ）作进一步的谱分析而得到的,通过对滚动轴承典型故障的振动信号功率谱和倒频谱的比较分析 , 可知倒频谱能将主要的信息从复杂的频率成分和噪声中识别出来, 能较好地辨别出故障特点频率和其它特点频率；在相关文献中采纳倒频谱分析技术精确,快速地判 定故障发生在轴承滚动体上；3.2 特点参数分析法 3.2.1 时域特点参数分析 时域的特

8、点参数分析包括有效值、峰值、峰值因子、峭度指标等方法；有 效值是指振动振幅的均方根值,表现滚动轴承振动的瞬时值随着时间在不断地 进行变化,可用于检测表面皱裂无规章振动波形的反常,但对表面剥落或伤痕名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 等具有瞬变冲击振动的反常是不适用的；峰值是在某个时间内振幅的最大值,对瞬时现象也可得出正确的指示值,对滚动体对保持架的冲击及突发性外界干 扰或灰尘等缘由引起的瞬时振动比较敏锐；峰值因子是峰值与有效值的比,该 值适用于点蚀类故障的诊断；通过对峰值因子值随时间变化趋势的监测 , 可以有 效地对滚

9、动轴承进行早期预报 , 并能反映故障的进展趋势；峭度指标 Kv 定义为 归一化的 4 阶矩,对于其振幅满意正态分布规律的无故障轴承,其峭度指标值 约为 3,随着故障的显现和进展,峭度指标值具有与峰值因子类似的变化趋势；3.2.2 频域特点参数分析 当轴承无故障运行时 , 能量基本上集中在低频段；有故障时 , 故障引起的冲击力或摩擦力激发起轴承的高频振动 谱反映了信号的能量随频率的分布情形 成分的能量大小情形；由此可以看出, 能量向中频段及高频段转移；信号的功率 , 即反映了信号中的频率成分以及各频率 , 通过描述功率谱中主频带位置的变化及谱能量分布的分散程度 , 可以较好地描述信号频域特点的变

10、化；频域参数主要有重 心频率、均方频率、均方根频率、频率方差、频率标准差等；3.3 冲击脉冲法（ SPM 法）滚动轴承存在缺陷时,如有疲惫剥落、裂纹、磨损和滚道进入异物时,会 发生冲击,引起脉冲性振动；冲击脉冲的强弱反映了故障的程度,它仍和轴承 的线速度有关；目前,基于该原理的故障诊断设备仍广泛应用于工厂之中；在有关文献中,作者对传统SPM的检测方法进行改进,胜利地建立聚丙烯造粒机滚动轴承的在线监测仪器系统,并在现场运行中胜利检测出轴承的运行故障,避 免重大事故的发生；3.4 包络分析法 包络分析是目前诊断轴承和齿轮故障的最有效方法；包络分析是一种基于 滤波检波的振动信号处理方法；包络分析在进

11、行频谱分析之前,第一对振动信 号进行高通或带通滤波,滤掉低频成分,然后对信号进行包络解调,提取附载 在高频载波信号上的低频调制信号；最终经过低频滤波,滤掉高频载波,剩下 包络之后的低频振动信号；目前,常用的包络解调分析方法有: 宽带解调技术、共振解调技术、选频解名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 调技术、 Hilbert 解调技术等；3.5 小波分析小波分析是继傅里叶分析之后,在20世纪 80岁月开头逐步进展成熟起来的一个有力的信号分析工具；滚动轴承的故障特点信号比较弱,被埋没在高频振 动和噪声中不简单辨论,然而经典的

12、功率谱方法又难以检测出信噪比较低的故障特点信号,并且对柔弱的故障特点信号不敏锐,影响了诊断的牢靠性和精确 性；小波分析具有多尺度性和“ 数学显微镜” 特性,这使得小波分析能识别振 动信号中的突变信号；并且小波变换的空间局部化性质用来来分析信号的奇特 性是特别有效的；小波变换可以对振动信号进行不同层度的分解 , 猎取信号不同尺度的轮廓信息和细节信息 和其干扰信号供应了可能；4 振动分析实例, 其反映了信号的本质信息从而为识别故障特点信号在长期生产过程的状态监测中发觉,滚动轴承的运转状态在其使用过程中 有肯定的规律性,并且重复性特别好；正常优质轴承在开头使用时,振动幅值和 噪声均比较小,但频谱有些

13、散乱 陷,如表面毛刺等所致； 图 1 这可能是由于制造过程中的一些缺图 1 运行一段时间后,振动幅值和噪声维护肯定水平,频谱特别单一,仅出现一、二倍频；极少显现三倍工频以上频谱 稳固工作期； 图 2 ,轴承状态特别稳固,进入名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2连续运行一段时间后,轴承幅值和噪声开头增大 响 ,但振动增大的变化较缓慢,此时,轴承峭度值由 图 3 ,有时显现异 2.303 突然达到 33.47 ,可认为轴承显现初期故障；这时,就要对该轴承进行严密监测,亲密留意其变 化；图 3 此后,轴承峭度值又开头快

14、速下降,并接近正常值,而振动和噪声开头显著增大 图 4 ,且幅度加快,当振动超过振动标准时 承峭度值也开头快速增大；当峭度值也超过正常值 如 ISO2372 标准 ,其轴 可用峭度相对标准,此处为4 达 4.97 , 速度达 196.6mm/s 时,我们认为轴承已进入晚期故障,需准时检 修设备,更换滚动轴承；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 轴承表现出晚期故障特点到显现严峻故障一般为轴承损坏,如抱轴、烧伤、保持架散裂、滚道和滚珠磨损等 时间大都不超过一周,设备容量越大,转 速越快,其间隔时间越短；因此,在实际

15、滚动轴承故障诊断中,一旦发觉晚期 故障特点,应坚决判定轴承存在故障,尽快支配检修；5 滚动轴承快速诊断技巧 在实际状态监测中,往往只需判定滚动轴承好坏,能用多长时间；我们在 现场诊断中,采纳有量纲参数与无量纲参数相结合,可快速判定出轴承故障,即采纳振动速度结合轴承峭度值进行综合诊断；当两个条件均超过标准时,我们判断轴承存在故障；另外,当监测到滚动轴承低频振动特别大时图 5,排除机组不对中、不平衡、结构松动、基础共振等结构性因素后,即使无滚动轴承特点频率,也应对滚动轴承进行检修；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5

16、 6 终止语在全球化的竞争中占据主动；工厂的设备高效率的,低成本的运转已经是不行缺少的一个环节；全面系统的落实轴承振动设备状态监控分析对达到该目的是我们所期望的；我们应当把有限的资金用在工厂的关键设备上做轴承振动的状态监控分析；通过专家的指导,对轴承状态监控的理论及体会能够充分的明白与应用；将故障诊断的多种方法结合起来使用,使中国的机械行业迈入一个新的台阶；【参考文献】1 钟秉林 , 黄仁 . 机械故障诊断学 M. 北京机械工业出版社 ,2007 2 朱泉 . 滚动轴承状态监测与故障诊断有用技巧 . 论文, 2007 3 郑洋 . 小波变换在旋转机械故障检测中的应用讨论 J. 机械应用与讨论

17、,2022 4 朱荣乾 . 滚动轴承的故障机理及诊断 . 论文, 2007 5 段晨东 , 何正嘉 . 基于提升模式的特点小波构造及其应用 J. 振动工程学报 ,20071. 6 严志伟 . 滚动轴承的故障诊断 . 轴承报, 1999 7 张中民 , 卢文祥 , 杨叔子 , 张英堂 , 张培林 , 郑海起 . 基于小波系数包络谱的滚动轴承故障诊断. 振动工程学报 ,1998 8 史东锋 , 鲍明 , 屈梁生 . 小波包络分析在滚动轴承诊断中的应用. 中国机械工程 ,2000 名师归纳总结 9 郑传桥 . 浅析振动分析技术在滚动轴承故障诊断中的应用. 中国工控网, 2005 第 8 页,共 9

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