滚动轴承故障诊断分析-专家版5469.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）滚动轴承故障现代工业通通用机械械都配备备了相当当数量的的滚动轴轴承。一一般说来来，滚动动轴承都都是机器器中最精精密的部部件。通通常情况况下，它它们的公公差都保保持在机机器的其其余部件件的公差差的十分分之一。但但是，多多年的实实践经验验表明，只只有100%以下下的轴承承能够运运行到设设计寿命命年限。而而大约440%的的轴承失失效是由由于润滑滑引起的的故障，330%失失效是由由于不对对中或“卡卡住”等等装配失失误，还还有200%

2、的失失效是由由过载使使用或制制造上缺缺陷等其其它原因因所致。如果机器都都进行了了精确对对中和精精确平衡衡，不在在共振频频率附近近运转，并并且轴承承润滑良良好，那那么机器器运行就就会非常常可靠。机器器的实际际寿命也也会接近近其设计计寿命。然然而遗憾憾的是，大大多数工工业现场场都没有有做到这这些。因因此有很很多轴承承都因为为磨损而而永久失失效。你你的工作作是要检检测出早早期症状状并估计计故障的的严重程程度。振振动分析析和磨损损颗粒分分析都是是很好的的诊断方方法。1、频谱特特征故障轴承会会产生与与1X基基频倍数数不完全全相同的的振动分分量换言之之，它们们不是同同步的分分量。对对振动分分析人员员而言，

3、如如果在振振动频谱谱中发现现不同步步分量那那么极有有可能是是轴承出出现故障障的警告告信号。 振动分分析人员员应该马马上诊断断并排除除是否是是其它故故障引起起的这些些不同步步分量。（非转频的倍数峰值疑似为故障信息）如果看到不不同步的的波峰，那那极有可可能与轴轴承磨损损相关。如如果同时时还有谐谐波（基基频的倍倍频）和和边频带带出现，那那么轴承承磨损的的可能性性就非常常大这时候候你甚至至不需要要再去了了解轴承承准确的的扰动频频率。2、扰动频频率计算算有四个与轴轴承相关关的扰动动频率：球过内内圈频率率（BPPI）、球球过外圈圈频率（BBPO）、保保持架频频率（FFT）和和球的自自旋频率率（BSS）（外

4、外圈，内内圈，保保持架，滚滚动体特特征频率率）。轴承的的四个物物理参数数：球的的数量、球球的直径径、节径径（滚柱柱圆心对对应轴承承的半径径D）和接触触角。其其中，BBPI和和BPOO的和等等于滚珠珠/滚柱柱的数量量。例如如，如果果BPOO等于33.2 X（转转频），BBPI等等于4.8 XX，那么么滚珠/滚柱的的数量必必定是88。轴承扰动频频率的计计算公式式如下：注意：BSS的值可可能会加加倍，因因为所给给的公式式针对的的是球撞撞击内圈圈或外圈圈的情况况。如果果有庇点点的滚球球/滚柱柱同时撞撞击内圈圈和外圈圈，那么么其频率率值应该该加倍。需要说明的的是由于于受到各各种实际际情况如如滑动、打打滑

5、、磨磨损、轴轴承各参参数的不不精确（如如直径可可能不完完全精确确）等的的影响，我我们所计计算出来来的频率率值可能能会与真真实值有有小范围围的差异异。在检查过程程中你可可能会经经常涉及及到滚珠珠的数目目，对于于轴承而而言你所所能了解解到的信信息可能能只有滚滚珠（或或滚柱）的的数目。如如果能够够根据频频谱（或或其它地地方）确确定其中中一个的的扰动频频率，我我们就可可以根据据它计算算出其它它的频率率。对于四个扰扰动频率率计算还还有一个个近似的的经验公公式可供供参考。对对于812个个滚珠/滚柱的的轴承：BPOO通常等等于滚珠珠数量的的0.44倍，BBPI是是滚珠数数量的00.6倍倍，而FFT等于于0.

6、44 X。 3、轴承失失效的九九个阶段段有人把轴承承失效划划分为四四个阶段段，在此此我们为为了描述述得更加加详细将将它细分分为九个个阶段。第一阶段：在轴承失效效的最初初阶段，其其频率范范围大约约在200 KHHz660 KKHz之之间或更高高。有多多种电子子设备可可以用来来检测这这些频率率，包括括峰值能能量、 HFDD、 冲冲击脉冲冲、 SSEE等等超音频频测量装装置。在在这个阶阶段，普普通的频频谱上不不会出现现任何显显示。第二阶段：由于轴承上上的庇点点增大，使使它在共共振（固固有）频频率处发发出铃叫叫声。同同时该频频率还作作为载波波频率调调制轴承承的故障障频率。第三阶段：出现轴承故故障频率率

7、。开始始的时候候我们只只能观察察到这个个频率本本身。图图中所示示为轴承承内圈故故障时的的频谱显显示。当当轴承磨磨损进一一步加剧剧后，在在故障频频率（例例子中的的BPII）处的的波峰值值将会升升高。大大多数情情况下波波峰值将将随着时时间线性性增加。第四阶段：随着故障的的发展，故故障频率率将产生生谐波。这这表明发发生了一一定程度度的冲击击。故障障频率的的谐波有有时可能能会比基基频波峰峰更早被被发现。因因此，我我们首先先要查找找频谱中中的非同同步波峰峰，并查查证是否否有谐波波。对应应的时域域波形中中同时也也会出现现冲击脉脉冲的显显示。故障频率及及其谐波波的幅值值在开始始阶段都都比较低低。如果果你仅仅

8、仅通过线线性坐标标图表来来查看数数据，很很容易错错过这些些重要的的故障信信号。因因此，建建议结合合对数坐坐标来进进行分析析，从而而及时发发现轴承承故障的的早期显显示。如果你想要要进行轴轴承的早早期故障障预报，那那么就应应该使用用加速度度为单位位来采集集高频时时域波形形（使用用加速度度传感器器）也就是是说，不不要进行行积分。加加速度能能突出信信号中的的高频成分分，这对对于我们们的应用用来说是是很理想想的方法法。第五阶段：随着故障状状态的恶恶化，轴轴承的损损坏更加加严重，振振动级将将继续升升高，同同时出现现更多的的谐波。由由于故障障自身的的性质，这这时还会会出现边边频带。时时域波形形上的尖尖峰波将

9、将更加清清晰和明明显，你你甚至能能够通过过测量尖尖峰间的的时间间间隔来计计算故障障频率。高高频率的的轴承检检测，如如峰值能能量和冲冲击脉冲冲所得到到的趋势势都在持持续上升升。此时引起调调制的原原因有二二个：第第一种情情形是当当内圈出出现故障障时，如如果它位位于加载载区域时时，产生生的冲击击会更加加剧烈，从从而产生生更高的的振幅。当当内圈故故障位置置移出加加载区后后，其振振幅又会会降低，并并在轴承承顶部达达到最小小值。在在这种情情况下内内圈的故故障频率率将被（内内圈的）旋旋转频率率所调制制，于是是我们可可以在频频谱中看看到1 X边频频带出现现。如果滚珠出出现问题题，也会会因相同同的原因因，产生生

10、调制。当当滚珠运运转在载载荷区会会产生比比运转在在非载荷荷区更强强烈的冲冲击。越越接近载载荷区，振振幅越高高。滚珠珠沿轴承承以保持持架频率率FT滚滚动。该该频率低低于1 X典型的的FT大大约等于于0.44 X。当我们能够够从频谱谱中观察察到谐波波，特别别是边频频带后，轴轴承上的的磨损就就已经能能够用肉肉眼观察察到了。这这时候，你你就可以以建议更更换轴承承了。滚动轴承故故障诊断断2第六阶段：1X处的幅幅值增大大，并出出现1XX的谐波波，这是是由于磨磨损引起起间隙增增大的结结果。第七阶段：现在我们看看见故障障频率及及其边频频带变成成峰丘状状，经常常被叫作作干草草堆。这这是由于于宽带噪噪声所致致。在

11、*近机器器的地方方，你还还能听到到轴承发发出的噪噪声。在在这个阶阶段，高高频率的的轴承测测量量可可能会逐逐渐减少少。如果果你用测测量工具具测到的的振幅有有下降趋趋势，不不要以为为是情况况出现好好转，而而应该尽尽快去定定购用来来更换的的轴承了了！第八阶段：频谱中的“干干草堆”将将继续扩扩大，谐谐波随着着松动的的增加而而增大，高高频率的的轴承测测量显示示出的趋趋势可能能会继续续降低，但但重要的的是整个个噪声水水平都在在上升。你你能清晰晰的听到到轴承发发出的声声音，这这预示着着轴承即即将报废废。第九阶段：到了这个阶阶段以后后，频谱谱会变得得平直，因因为机器器已经不不能运转转了！4、解调频频谱及在在滚

12、动轴轴承诊断断中的应应用振动解调可可以在滚滚动轴承承故障发发展的初初始阶段段检测到到故障信信息，并并且可以以跟踪轴轴承的故故障发展展，在轴轴承故障障的不同同阶段中中以不同同的信息息反映轴轴承不同同的故障障状态。4-1使用用和认识识解调以上已经论论述了如如下事实实：在轴轴承故障障的早期期阶段可可以观察察到在机机器固有有频率处处的振动动。轴承承在固有有频率上上产生“鸣鸣叫”。 轴承的的损坏所所引起的的冲击导导致轴承承“鸣叫叫”。因因此，我我们实际际得到的的是故障障频率的的边频带带。（如如在第二二阶段上上的图示示）在轴轴承失效效的晚期期，我们们也能观观察到存存在1X边边频带或或保持架架转速的的边频带

13、带调制，他他们分别别代表了了轴承内内圈和滚滚珠的故故障。（如如在第五五阶段上上的图示示）4-2解调调结合上述两两种情形形，我们们会想：如果能能够检测测到故障障频率边边频带的的轴承共共振是否否就还能能给出非非常早的的轴承磨磨损警告告呢？答答案是肯肯定的。但但是由于于测量的的是高频频低幅信信号，因因此它容容易被其其他振源源信号所所掩盖。一一种解决决方法就就是对信信号进行行解调。简简单的说说，就是是首先使用用高通滤波波器过滤滤主要的的低频成成份，然然后进行行检波（解解调），接着为了了抗混频频还需要要使用低低通滤波波器去除除高频信信号。仔细查看频频谱，你你会在原原始信号号中发现现许多振振动源，特特别是

14、那那些比轴轴承共振振幅值还还高的地地方。如如果我们们查看时时域波形形，会发发现正弦弦信号与与密集的的高频杂杂波相伴伴。动态态的高频频杂波来来源于轴轴承的“鸣鸣叫”。首先是要通通过高通通滤波器器滤掉低低频信号号并让高高频信号号通过。滤滤波器可可以设置置成让高高于20000HHZ的频频率通过过（用于于轴承分分析）。结结果信号号仍然包包含高频频成份，但但较高振振幅的信信号应已已经被过过滤掉了了。时域域波形上上也只剩剩下轴承承的冲击击信号，这这才是最最重要的的信息。 滚动轴承故故障诊断断3其次，我们们将频率率坐标上上部的边边频带“迭迭放”到到“基带带”上。可可以用解解调器来来实现，实实际上它它就相当当

15、于一个个典型的的整流器器（翻转转所有的的负向信信号）。整整流的过过程中会会去掉负负向信号号，剩下下的就只只是正向向信号了了。如（RRecttifiied siggnall整流信信号图所所示） 之后，我们们滤掉来来自其他他调制源源的残余余信号。一一些解调调器产品品允许手手动控制制滤波器器，然而而大多数数情况下下该功能能都由数数据采集集器中的的抗混频频滤波器器来完成成（基于于选择的的频率范范围）。 对时域域波形而而言，所所有的高高频信息息都被滤滤掉。有有人也把把它叫做做“包络络检定器器”。解调测试最最重要的的是选择择频率范范围。一一般的原原则是：范围应应控制在在1520XX（也就就是运行行速度的的

16、1520倍倍）之间间。我们们的目的的是要确确保最后后只留下下需要的的调制信信号。机机器可能能多半会会有其他他的调制制信号源源，因此此最佳的的规则是是：把频频率范围围设定为为整个边边频带宽宽度的一一半。到到最后，留留下的信信号应该该是有一一系列很很强的谐谐波这取决决于故障障的严重重程度了了。解调频谱与与普通振振动频谱谱相比有有些不同同。你不不是根据据振幅大大小来确确定故障障的严重重程度，而而是通过过测量数数据间的的对比分分析来进进行判断断，最重重要的是是将波峰峰和噪声声水平进进行比较较。一般般说来当当损坏程程度较低低时波峰峰将非常常小。随着故障破破坏的进进一步发发展，振振动波峰峰将逐渐渐从噪声声

17、中凸显显出来。当出现严重重故障时时，波峰峰值将高高出噪声声水平约约20 dB（1100 X）。（10lg(a/b)-a/b=100）当轴承破坏坏非常严严重处于于前面所所述的第第七或第第八阶段段时，噪噪声水平平将上升升到接近近波峰处处。这是是一个非非常糟糕糕的信号号预预示着轴轴承即将将完全失失效！该过过程也可可适用于于机器的的其它故故障分析析：齿轮轮啮合分分析、电电机电流流分析、电电动机气气隙偏心心分析和和其它调调制信号号源。（注注：在齿齿轮箱中中经常会会发生频频率调制制，这可可能导致致分析振振幅解调调数据时时得到错错误的结结果。这这个问题题已超出出本讨论论的范围围，但必必须对此此有所认认识。）

18、轴承的解调调测试的一一个好处处是能够够帮助你你查明具具体哪个个轴承出出现了故故障。如如果你不不知道轴轴承的详详细参数数，也不不知道故故障频率率，或你你知道了了故障频频率，但但机器上上有多个个同样的的轴承。那那么我们们可以对对所有的的轴承进进行检测测，或只只取其一一个作诊诊断测试试，都能能把问题题轴承找找出。5、冲击脉脉冲法、峰峰值能量量法、高高频检测测法等（仅仅作简单单论述）不同同的监测测公司往往往采用用了不同同的监测测技术。其其中包括括：冲击击脉冲法法、峰值值能量法法、高频频检测法法等等。简简单的说说，这些些方法就就是利用用轴承发发生故障障时出现现的症状状进行诊诊断，故故障轴承承开始会会出现

19、瞬瞬态冲击击，然后后发生共共振或发发出鸣叫叫声。而而前面讨讨论的解解调技术术将产生生一种频频谱，冲冲击脉冲冲法（SSPM）、峰值能量法和其它一些技术则能够产生一个（或两个）能显示出趋势的值。随着趋势值的升高，轴承损坏的可能性也跟着增加。基本本原理：由冲击击产生的的振动把把能量注注入到所所有的频频率中。在在0-33KHzz正常频频率段内内，因为为混有其其它振动动信号源源而很难难被检测测到。但但当达到到传感器器的共振振频率时时，除了了瞬态冲冲击波外外没有其其它强的的振动信信号源（不不平衡、不不对中等等都是在在较低的的频率段段显示的的故障）。因因此瞬态态冲击可可以单独独激发传传感器产产生共振振，并使使该频率率的信号号被增强强。需要要注意的的是你虽虽然可以以从大多多数的数数据采集集系统中中得到趋趋势数据据（通过过峰值能能量法、高高频检测测法等），但但你不能能仅仅利利用这一一个读数数（冲击击脉冲读读数）与与标准值值的比较较来判断断轴承的的状态。因因为，我我们所使使用的传传感器并并不完全全一样，它它们可能能具有完完全不同同的共振振特性。 值得庆庆幸的是是，现在在已经有有公司找找到方法法来处理理这些问问题。它它们生产产标定了了的传感感器使每个个传感器器都具有有相同的的共振特特征。该该公司也也推荐（坚坚持）使使用特殊殊安装技技术确保保与轴承承的良好好接触，提提高测量量的可重重复性。16