滚动轴承故障诊断分析-专家版10162.docx

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1、滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）滚动轴承故故障现代工业通通用机械都都配备了相相当数量的的滚动轴承承。一般说说来，滚动动轴承都是是机器中最最精密的部部件。通常常情况下，它它们的公差差都保持在在机器的其其余部件的的公差的十十分之一。但但是，多年年的实践经经验表明，只只有10%以下的轴轴承能够运运行到设计计寿命年限限。而大约约40%的的轴承失效效是由于润润滑引起的的故障，330%失效效是由于不不对中或“卡卡住”等装装配失误，还还有20%的失效是是由过载使使用或制造造上缺陷等等其它原因因所致。如果机器都都进行了精精确对中和和精确平衡衡，不在共共振频率附附近运转，并并且轴承润润滑良好，那那么机器运运行

2、就会非非常可靠。机器的的实际寿命命也会接近近其设计寿寿命。然而而遗憾的是是，大多数数工业现场场都没有做做到这些。因因此有很多多轴承都因因为磨损而而永久失效效。你的工工作是要检检测出早期期症状并估估计故障的的严重程度度。振动分分析和磨损损颗粒分析析都是很好好的诊断方方法。1、频谱特特征故障轴承会会产生与11X基频倍倍数不完全全相同的振振动分量换言之之，它们不不是同步的的分量。对对振动分析析人员而言言，如果在在振动频谱谱中发现不不同步分量量那么极有有可能是轴轴承出现故故障的警告告信号。 振动分析析人员应该该马上诊断断并排除是是否是其它它故障引起起的这些不不同步分量量。（非转转频的倍数数峰值疑似似为

3、故障信信息）如果看到不不同步的波波峰，那极极有可能与与轴承磨损损相关。如如果同时还还有谐波（基基频的倍频频）和边频频带出现，那那么轴承磨磨损的可能能性就非常常大这这时候你甚甚至不需要要再去了解解轴承准确确的扰动频频率。2、扰动频频率计算有四个与轴轴承相关的的扰动频率率：球过内内圈频率（BBPI）、球球过外圈频频率（BPPO）、保保持架频率率（FT）和和球的自旋旋频率（BBS）（外外圈，内圈圈，保持架架，滚动体体特征频率率）。轴承的四四个物理参参数：球的的数量、球球的直径、节节径（滚柱柱圆心对应应轴承的半半径D）和接触角角。其中，BBPI和BBPO的和和等于滚珠珠/滚柱的的数量。例例如，如果果B

4、PO等等于3.22 X（转转频），BBPI等于于4.8 X，那么么滚珠/滚滚柱的数量量必定是88。轴承扰动频频率的计算算公式如下下：注意：BSS的值可能能会加倍，因因为所给的的公式针对对的是球撞撞击内圈或或外圈的情情况。如果果有庇点的的滚球/滚滚柱同时撞撞击内圈和和外圈，那那么其频率率值应该加加倍。需要说明的的是由于受受到各种实实际情况如如滑动、打打滑、磨损损、轴承各各参数的不不精确（如如直径可能能不完全精精确）等的的影响，我我们所计算算出来的频频率值可能能会与真实实值有小范范围的差异异。在检查过程程中你可能能会经常涉涉及到滚珠珠的数目，对对于轴承而而言你所能能了解到的的信息可能能只有滚珠珠（

5、或滚柱柱）的数目目。如果能能够根据频频谱（或其其它地方）确确定其中一一个的扰动动频率，我我们就可以以根据它计计算出其它它的频率。对于四个扰扰动频率计计算还有一一个近似的的经验公式式可供参考考。对于8812个个滚珠/滚滚柱的轴承承：BPOO通常等于于滚珠数量量的0.44倍，BPPI是滚珠珠数量的00.6倍，而而FT等于于0.4 X。 3、轴承失失效的九个个阶段有人把轴承承失效划分分为四个阶阶段，在此此我们为了了描述得更更加详细将将它细分为为九个阶段段。第一阶段：在轴承失效效的最初阶阶段，其频频率范围大大约在200 KHzz60 KHz之之间或或更高。有有多种电子子设备可以以用来检测测这些频率率，

6、包括峰峰值能量、 HFD、 冲击脉冲冲、 SEEE等超音音频测量装装置。在这这个阶段，普普通的频谱谱上不会出出现任何显显示。第二阶段：由于轴承上上的庇点增增大，使它它在共振（固固有）频率率处发出铃铃叫声。同同时该频率率还作为载载波频率调调制轴承的的故障频率率。第三阶段：出现轴承故故障频率。开开始的时候候我们只能能观察到这这个频率本本身。图中中所示为轴轴承内圈故故障时的频频谱显示。当当轴承磨损损进一步加加剧后，在在故障频率率（例子中中的BPII）处的波波峰值将会会升高。大大多数情况况下波峰值值将随着时时间线性增增加。第四阶段：随着故障的的发展，故故障频率将将产生谐波波。这表明明发生了一一定程度的

7、的冲击。故故障频率的的谐波有时时可能会比比基频波峰峰更早被发发现。因此此，我们首首先要查找找频谱中的的非同步波波峰，并查查证是否有有谐波。对对应的时域域波形中同同时也会出出现冲击脉脉冲的显示示。故障频率及及其谐波的的幅值在开开始阶段都都比较低。如如果你仅仅仅通过线性性坐标图表表来查看数数据，很容容易错过这这些重要的的故障信号号。因此，建建议结合对对数坐标来来进行分析析，从而及及时发现轴轴承故障的的早期显示示。如果你想要要进行轴承承的早期故故障预报，那那么就应该该使用加速速度为单位位来采集高高频时域波波形（使用用加速度传传感器）也就是是说，不要要进行积分分。加速度度能突出信信号中的高高频成分，这

8、这对于我们们的应用来来说是很理理想的方法法。第五阶段：随着故障状状态的恶化化，轴承的的损坏更加加严重，振振动级将继继续升高，同同时出现更更多的谐波波。由于故故障自身的的性质，这这时还会出出现边频带带。时域波波形上的尖尖峰波将更更加清晰和和明显，你你甚至能够够通过测量量尖峰间的的时间间隔隔来计算故故障频率。高高频率的轴轴承检测，如如峰值能量量和冲击脉脉冲所得到到的趋势都都在持续上上升。此时引起调调制的原因因有二个：第一种情情形是当内内圈出现故故障时，如如果它位于于加载区域域时，产生生的冲击会会更加剧烈烈，从而产产生更高的的振幅。当当内圈故障障位置移出出加载区后后，其振幅幅又会降低低，并在轴轴承顶

9、部达达到最小值值。在这种种情况下内内圈的故障障频率将被被（内圈的的）旋转频频率所调制制，于是我我们可以在在频谱中看看到1 XX边频带出出现。如果滚珠出出现问题，也也会因相同同的原因，产产生调制。当当滚珠运转转在载荷区区会产生比比运转在非非载荷区更更强烈的冲冲击。越接接近载荷区区，振幅越越高。滚珠珠沿轴承以以保持架频频率FT滚滚动。该频频率低于11 X典型的FFT大约等等于0.44 X。当我们能够够从频谱中中观察到谐谐波，特别别是边频带带后，轴承承上的磨损损就已经能能够用肉眼眼观察到了了。这时候候，你就可可以建议更更换轴承了了。滚动轴承故故障诊断22第六阶段：1X处的幅幅值增大，并并出现1XX的

10、谐波，这这是由于磨磨损引起间间隙增大的的结果。第七阶段：现在我们看看见故障频频率及其边边频带变成成峰丘状，经经常被叫作作干草堆堆。这是是由于宽带带噪声所致致。在*近近机器的地地方，你还还能听到轴轴承发出的的噪声。在在这个阶段段，高频率率的轴承测测量量可能能会逐渐减减少。如果果你用测量量工具测到到的振幅有有下降趋势势，不要以以为是情况况出现好转转，而应该该尽快去定定购用来更更换的轴承承了！第八阶段：频谱中的“干干草堆”将将继续扩大大，谐波随随着松动的的增加而增增大，高频频率的轴承承测量显示示出的趋势势可能会继继续降低，但但重要的是是整个噪声声水平都在在上升。你你能清晰的的听到轴承承发出的声声音，

11、这预预示着轴承承即将报废废。第九阶段：到了这个阶阶段以后，频频谱会变得得平直，因因为机器已已经不能运运转了！4、解调频频谱及在滚滚动轴承诊诊断中的应应用振动解调可可以在滚动动轴承故障障发展的初初始阶段检检测到故障障信息，并并且可以跟跟踪轴承的的故障发展展，在轴承承故障的不不同阶段中中以不同的的信息反映映轴承不同同的故障状状态。4-1使用用和认识解解调以上已经论论述了如下下事实：在在轴承故障障的早期阶阶段可以观观察到在机机器固有频频率处的振振动。轴承承在固有频频率上产生生“鸣叫”。 轴承的损损坏所引起起的冲击导导致轴承“鸣鸣叫”。因因此，我们们实际得到到的是故障障频率的边边频带。（如如在第二阶阶

12、段上的图图示）在轴轴承失效的的晚期，我我们也能观观察到存在1X边频频带或保持持架转速的的边频带调调制，他们们分别代表表了轴承内内圈和滚珠珠的故障。（如如在第五阶阶段上的图图示）4-2解调调结合上述两两种情形，我我们会想：如果能够够检测到故故障频率边边频带的轴轴承共振是是否就还能能给出非常常早的轴承承磨损警告告呢？答案案是肯定的的。但是由由于测量的的是高频低低幅信号，因因此它容易易被其他振振源信号所所掩盖。一一种解决方方法就是对对信号进行行解调。简简单的说，就就是首先使用高通滤波器器过滤主要要的低频成成份，然后后进行检波（解调调），接着为了抗抗混频还需需要使用低低通滤波器器去除高频频信号。仔细查

13、看频频谱，你会会在原始信信号中发现现许多振动动源，特别别是那些比比轴承共振振幅值还高高的地方。如如果我们查查看时域波波形，会发发现正弦信信号与密集集的高频杂杂波相伴。动动态的高频频杂波来源源于轴承的的“鸣叫”。首先是要通通过高通滤滤波器滤掉掉低频信号号并让高频频信号通过过。滤波器器可以设置置成让高于于20000HZ的频率率通过（用用于轴承分分析）。结结果信号仍仍然包含高高频成份，但但较高振幅幅的信号应应已经被过过滤掉了。时时域波形上上也只剩下下轴承的冲冲击信号，这这才是最重重要的信息息。 滚动轴承故故障诊断33其次，我们们将频率坐坐标上部的的边频带“迭迭放”到“基基带”上。可可以用解调调器来实

14、现现，实际上上它就相当当于一个典典型的整流流器（翻转转所有的负负向信号）。整整流的过程程中会去掉掉负向信号号，剩下的的就只是正正向信号了了。如（RRectiifiedd siggnal整整流信号图图所示） 之后，我们们滤掉来自自其他调制制源的残余余信号。一一些解调器器产品允许许手动控制制滤波器，然然而大多数数情况下该该功能都由由数据采集集器中的抗抗混频滤波波器来完成成（基于选选择的频率率范围）。 对时域波波形而言，所所有的高频频信息都被被滤掉。有有人也把它它叫做“包包络检定器器”。解调测试最最重要的是是选择频率率范围。一一般的原则则是：范围围应控制在在15220X（也也就是运行行速度的1152

15、00倍）之间间。我们的的目的是要要确保最后后只留下需需要的调制制信号。机机器可能多多半会有其其他的调制制信号源，因因此最佳的的规则是：把频率范范围设定为为整个边频频带宽度的的一半。到到最后，留留下的信号号应该是有有一系列很很强的谐波波这取取决于故障障的严重程程度了。解调频谱与与普通振动动频谱相比比有些不同同。你不是是根据振幅幅大小来确确定故障的的严重程度度，而是通通过测量数数据间的对对比分析来来进行判断断，最重要要的是将波波峰和噪声声水平进行行比较。一一般说来当当损坏程度度较低时波波峰将非常常小。随着故障破破坏的进一一步发展，振振动波峰将将逐渐从噪噪声中凸显显出来。当出现严重重故障时，波波峰值

16、将高高出噪声水水平约200 dB（1100 XX）。（110lg(a/b)-a/b=1000）当轴承破坏坏非常严重重处于前面面所述的第第七或第八八阶段时，噪噪声水平将将上升到接接近波峰处处。这是一一个非常糟糟糕的信号号预示示着轴承即即将完全失失效！该过程程也可适用用于机器的的其它故障障分析：齿齿轮啮合分分析、电机机电流分析析、电动机机气隙偏心心分析和其其它调制信信号源。（注注：在齿轮轮箱中经常常会发生频频率调制，这这可能导致致分析振幅幅解调数据据时得到错错误的结果果。这个问问题已超出出本讨论的的范围，但但必须对此此有所认识识。）轴承的解调调测试的一个个好处是能能够帮助你你查明具体体哪个轴承承出

17、现了故故障。如果果你不知道道轴承的详详细参数，也也不知道故故障频率，或或你知道了了故障频率率，但机器器上有多个个同样的轴轴承。那么么我们可以以对所有的的轴承进行行检测，或或只取其一一个作诊断断测试，都能能把问题轴轴承找出。5、冲击脉脉冲法、峰峰值能量法法、高频检检测法等（仅仅作简单论论述）不同的的监测公司司往往采用用了不同的的监测技术术。其中包包括：冲击击脉冲法、峰峰值能量法法、高频检检测法等等等。简单的的说，这些些方法就是是利用轴承承发生故障障时出现的的症状进行行诊断，故故障轴承开开始会出现现瞬态冲击击，然后发发生共振或或发出鸣叫叫声。而前前面讨论的的解调技术术将产生一一种频谱，冲冲击脉冲法

18、法（SPMM）、峰值值能量法和和其它一些些技术则能能够产生一一个（或两两个）能显显示出趋势势的值。随随着趋势值值的升高，轴轴承损坏的的可能性也也跟着增加加。基本原原理：由冲冲击产生的的振动把能能量注入到到所有的频频率中。在在0-3KKHz正常常频率段内内，因为混混有其它振振动信号源源而很难被被检测到。但但当达到传传感器的共共振频率时时，除了瞬瞬态冲击波波外没有其其它强的振振动信号源源（不平衡衡、不对中中等都是在在较低的频频率段显示示的故障）。因因此瞬态冲冲击可以单单独激发传传感器产生生共振，并并使该频率率的信号被被增强。需要注注意的是你你虽然可以以从大多数数的数据采采集系统中中得到趋势势数据（通通过峰值能能量法、高高频检测法法等），但但你不能仅仅仅利用这这一个读数数（冲击脉脉冲读数）与与标准值的的比较来判判断轴承的的状态。因因为，我们们所使用的的传感器并并不完全一一样，它们们可能具有有完全不同同的共振特特性。 值得庆幸幸的是，现现在已经有有公司找到到方法来处处理这些问问题。它们们生产标定定了的传感感器使使每个传感感器都具有有相同的共共振特征。该该公司也推推荐（坚持持）使用特特殊安装技技术确保与与轴承的良良好接触，提提高测量的的可重复性性。14