1、滾動軸承的故障診斷滾動軸承診斷的重要性滾動軸承診斷的重要性v 滾動軸承是旋轉機器中廣泛應用的零件之一。v 旋轉機械的故障中，軸承損壞的故障約占30%。v 滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是機械設備故障診斷技術的重要內容。v 滾動軸承的故障診斷可以對軸承的安裝、維護等工作給以有益指導。1023498756一、滾動軸承的類型一、滾動軸承的類型0：雙列角接觸球軸承 1：調心球軸承 2：調心滾子軸承3：圓錐滾子軸承 4：推力球軸承 5：深溝球軸承6：角接觸球軸承 7：推力調心滾子軸承 8：圓柱滾子軸承9：滾針軸承 內圈內圈與軸頸配合，一般隨軸頸回轉。 外圈外圈與軸承座配合，一般固定。 滾動體滾動體當內外圈

2、發(fā)生相對運動時，滾動體在滾道間滾動。 保持架保持架隔離相鄰的滾動體。滾動軸承的組成滾動軸承的組成n向心軸承：向心軸承：主要承受徑向載荷R 深溝球軸承 圓柱滾子軸承 調心球軸承n推力軸承：推力軸承：只能承受軸向載荷A 推力球軸承n向心推力軸承：向心推力軸承：R + A 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承各類滾動軸承的受力各類滾動軸承的受力二、滾動軸承的損傷形式二、滾動軸承的損傷形式形式損 傷 現(xiàn) 象 和 狀 態(tài)剝落滾道面、滾動體產生層狀剝離破損外環(huán)、內環(huán)、滾動體開裂保持架破損，凸緣破損壓痕滾道面有按滾動體間隔的壓痕滾道面、滾動體上其他壓痕磨損滾道面、滾動體、保持架、凸緣等過度磨損配合面上出現(xiàn)磨粉的局部磨

3、損電蝕滾道面上產生搓板狀凸凹，有變色膠合滾道面、滾動體產生膠著滾子端面和凸緣產生膠著燒損滾道面、滾動體、凸緣面變色、軟化、熔化銹蝕軸承內部有銹蝕軸承軸承失效形式失效形式點蝕點蝕現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面或滾動體表面上有小坑和片狀剝落原因：原因： 載荷過大 潤滑不良 預載過大 間隙過小 軸承軸承失效形式失效形式壓痕壓痕現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面上有滾動體的壓痕原因：原因： 裝配不當 靜載荷過大 沖擊載荷過大 異物侵入 軸承軸承失效形式失效形式燒傷、膠合燒傷、膠合現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面變色、軟化、熔合原因：原因： 轉速過高 潤滑不良 裝配不當軸承軸承失效形式失效形式磨損磨損現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道和滾動體磨損 出現(xiàn)紅

4、、褐色磨粉原因：原因：異物侵入 潤滑不良 裝配不良 配合面有間隙，造成滑動磨擦軸承軸承失效形式失效形式破碎破碎現(xiàn)象：現(xiàn)象： 座圈開裂、滾動體裂開 出現(xiàn)紅、褐色磨粉原因：原因：異物侵入 潤滑不良 裝配不良 配合面有間隙，造成滑動磨擦軸承軸承失效形式失效形式腐蝕腐蝕現(xiàn)象：現(xiàn)象： 配合面有紅黑色銹斑 配合面有搓板狀凸凹原因：原因：水份、腐蝕介質侵入 電流通過 配合間隙間的微振動三、滾動軸承故障診斷方法三、滾動軸承故障診斷方法n振動分析法振動分析法 噪聲分析n溫度測定溫度測定n油液分析油液分析(磨屑分析)n其他物理方法 軸承間隙測定 油膜電阻測定 聲發(fā)射分析法（AE） 光學纖維測定法各種診斷方法的對比

5、各種診斷方法的對比 損傷形式損傷形式各各 種種 診診 斷斷 方方 法法振動振動/聲音聲音溫溫 度度磨磨 屑屑軸承間隙軸承間隙油膜電阻油膜電阻剝剝 落落好好無無好好無無無無裂裂 紋紋好好無無有有無無無無壓壓 痕痕好好無無無無無無無無磨磨 損損好好有有好好好好好好電化學腐蝕電化學腐蝕好好有有好好好好好好污污 斑斑好好有有好好有有好好燒燒 傷傷好好好好有有無無好好銹銹 蝕蝕有有無無好好無無有有保持架破損保持架破損有有無無有有無無無無蠕蠕 變變有有有有有有無無無無在運行中測定在運行中測定可可可可不可不可不可不可可可各種診斷方法的靈敏度各種診斷方法的靈敏度故障信號強度故障信號強度災害故障發(fā)展期初期故障期

6、正常使用期災害故障期使用時間使用時間缺陷故障界限災害故障界限缺陷劇烈發(fā)展界限振動分析靈敏度噪聲分析靈敏度測溫分析靈敏度四、滾動軸承的振動四、滾動軸承的振動由于軸承滾動元件的不圓度、粗糙度和波紋度而引起的隨機振動。由于外力激勵引起軸承元件的固有頻率振動。軸承元件損傷后，引起的沖擊和振動： 以損傷元件特有的頻率振動。 以聲發(fā)射形式釋放能量（頻率在60kHz以上）。軸承振動的典型時域波形軸承振動的典型時域波形故障軸承情形故障軸承情形新軸承情形新軸承情形軸承振動的典型頻譜軸承振動的典型頻譜低頻 020kHz，各種故障頻率范圍中頻 20kHz60kHz，元件共振頻率范圍高頻 60kHz以上，聲發(fā)射(AE

7、)范圍軸承元件的固有頻率軸承元件的固有頻率 鋼球的固有頻率鋼球的固有頻率fbnE 材料的彈性模量 N/m2 材料的質量密度 kg/m3r 滾球的半徑 mHz 2424.0bnErf軸承（內外）座圈固有頻率軸承（內外）座圈固有頻率frna 回轉軸線到中性軸半徑 mi共振階數(shù)I 座圈繞中性軸的慣性矩 m4M 座圈單位長度的質量 kg/mHz 12) 1(222nr MEIaiiif軸承元件的固有頻率軸承元件的固有頻率軸承故障的特征頻率軸承故障的特征頻率外環(huán)故障頻率內環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內環(huán)RRDdfRRDdfRDddDfRzRDdzfRzRDdzf6 . 0 )cos1 (2

8、14 . 0 )cos1 (21 cos)(16 . 0 )cos1 (24 . 0 )cos1 (2cico22bioD 節(jié)圓直徑d 滾珠直徑 接觸角 z 滾珠數(shù) R 軸的轉速頻率五、滾動軸承故障的振動診斷法五、滾動軸承故障的振動診斷法n簡易振動診斷法n頻譜分析法n倒頻譜分析法n沖擊脈沖法（Shock Pulse Method）n共振解調法（Incipient Failure Detection）n噪聲分析法1. 簡易振動診斷法簡易振動診斷法n用某些振動的參數(shù)來判定軸承的工作狀態(tài)。 n可用的參數(shù)如峰值指標、脈沖指標、峭度指標等。n參數(shù)用簡易測振表測得，或算得。若干無量綱診斷參數(shù)若干無量綱診斷

9、參數(shù)指標名稱定義敏感性穩(wěn)定性波形指標波形指標Shape factor差好峰值指標峰值指標Crest Factor一般一般脈沖指標脈沖指標Impulse Factor 較好一般裕度指標裕度指標Clearance Factor好一般峭度指標峭度指標Kurtosis Value好差rmsmaxxxCfxxIfmaxrmaxxxCLf4rmsxKvxxSfrms表中： 平均幅值， 方根幅值， 峭度xrx峰值指標用于軸承診斷峰值指標用于軸承診斷n峰值指標Cf不受振動信號絕對大小的影響，適用于檢測滾動面剝落與裂紋等故障，但不適于檢測磨損。n峰值指標Cf 隨故障發(fā)展變化趨勢 I 初始階段： Cf 5(變化不

10、大) II 局部故障發(fā)展： xmax, Cf 10 III 接近壽命終了： xrms , Cf 5rmsmaxxxCfIIIIIIxmaxxrmsxt用簡易法診斷鐵路貨車軸承用簡易法診斷鐵路貨車軸承*下表用正常參數(shù)歸一化軸承狀況軸承狀況波形指標波形指標Sf峰值指標峰值指標Cf脈沖指標脈沖指標If裕度指標裕度指標CLf正正 常常1.284.185.406.50外圈損壞外圈損壞1.305.897.559.02滾子損壞滾子損壞1.529.7114.7519.05保持架壞保持架壞2.0111.3322.6532.62軸承狀況軸承狀況波形指標波形指標Sf峰值指標峰值指標Cf脈沖指標脈沖指標If裕度指標裕

11、度指標CLf正正 常常1111外圈損壞外圈損壞1.021.411.401.39滾子損壞滾子損壞1.192.322.732.93保持架壞保持架壞1.572.714.195.022. 振動頻譜分析法振動頻譜分析法經時域多段平均處理后:50.65Hz 軸的轉頻36.1Hz 保持架通過頻率200.95Hz 外圈通過頻率380.05Hz 滾動體通過頻率軸軸承承振振動動頻頻譜譜時時域域平平均均頻頻譜譜某某焦化廠焦化廠備煤車間破碎機備煤車間破碎機軸承內圈滾道剝落故障軸承內圈滾道剝落故障軸承型號:22232(原3532)轉速 N =740r/min (轉頻12.33Hz)外圈故障頻率fe=94.966Hz內圈

12、故障頻率fi=127.033Hz 大修時拆機驗證,軸承內圈滾道有一塊3015mm,深1mm的剝落坑。水平測點的頻譜圖3. 倒頻譜分析法倒頻譜分析法正常滾動軸承正常滾動軸承有故障滾動軸承有故障滾動軸承倒頻譜圖特征值:q19.470ms(105.60Hz) 滾珠故障頻率q237.90ms(26.39Hz) 內圈故障頻率軸承型號:N324(原2324) 轉速N=740r/min(轉頻12.33Hz)外圈故障頻率fo=69.52Hz內圈故障頻率fi=103.15Hz倒頻譜圖69.156Hz拆機檢查發(fā)現(xiàn)外圈滾道內有78條不同程度的壓痕,其中四條較嚴重,約20mm寬,0.2mm深。頻譜圖波形圖某某焦化廠焦

13、化廠備煤車間破碎機備煤車間破碎機外圈滾道壓痕故障診斷外圈滾道壓痕故障診斷4. 沖擊脈沖法與共振解調法沖擊脈沖法與共振解調法 沖擊脈沖法沖擊脈沖法 Shock Pulse Method 1969年瑞典SPM公司提出 利用共振解調波的幅值信息 診斷軸承的工作狀態(tài) 共振解調法共振解調法 (早期故障檢測法) Incipient Failure Detection 1974年美國波音公司提出 利用共振解調波的頻域信息 診斷軸承的工作狀態(tài) 精確診斷故障的部位共振解調的原理共振解調的原理 (1/4) 故障所產生的低頻沖擊脈沖,頻率為數(shù)kHz以內,信號很微弱。 激起了傳感器/電路的高頻共振高頻共振,頻率數(shù)十倍

14、于沖擊頻率，信號大大加強。 用濾波器切去低頻的信號。 對高頻信號進行絕對值檢波、 包絡解調包絡解調。 最后，獲得一個頻率對應于低頻沖擊，而又放大并展寬的故障信號，稱為共振解調信號。共振解調的原理共振解調的原理 (2/4)不平衡微小的沖擊不平衡放大了的沖擊頻譜圖中難以發(fā)現(xiàn)微小的沖擊沖擊放大了，頻率升高了沖擊加速度計或共振電路不平衡軸承故障軸承故障不平衡共振響應高頻共振高頻共振(32kHz)不平衡軸承故障不平衡軸承故障濾波器的帶寬共振解調的原理共振解調的原理 (3/4)濾波后僅存高頻信號濾波后僅存高頻信號0.1-0.10絕對值檢波絕對值檢波0.10 包絡解調包絡解調（峰值檢波）0.10dBmdBc

15、時域時域 (SPM)頻域頻域時域（IFD）共振解調的原理共振解調的原理 (4/4)0.1共振解調信號共振解調信號的特點共振解調信號的特點n提高了故障信息的信噪比S/N。n剔除了低頻振動信號的影響。n共振解調波中包含有反映軸承故障的各種信息。幾種軸承故障分析儀幾種軸承故障分析儀SPM 43A 脈沖沖擊儀BEA 52A 電腦軸承分析儀C70D 軸承故障分析儀軸承工作狀態(tài)分類軸承工作狀態(tài)分類微小損傷損傷發(fā)展損傷明顯破壞期軸承壽命(500050000小時）軸承壽命曲線軸承工作狀態(tài)分類 35dB損壞損壞 dBM和dBC相差小于10dB，表明軸承潤滑不良沖擊強度增加1000倍時，軸承壽命結束軸承狀態(tài)判斷實

16、例軸承狀態(tài)判斷實例沖擊脈沖值/dB 序號 診斷對象 dBC dBM 測值特征 狀態(tài)判別 結果驗證 1 電動機 尾部軸承 47 52 兩值均較大，且數(shù)值接近 潤滑不正常 潤滑脂干涸，油質已發(fā)黑 2 風 機 前軸承 15 42 dBM較大，且比dBC大得多 軸承元件損傷 保持架斷裂，內圈表面有凹坑和剝落 3 水泵軸承 38 56 dBM嚴重超標， 且與dBC相差大 軸承損傷嚴重 保持架松脫 4 電機軸承 35 45 dBM較大 軸承存在故障 內圈松動，并發(fā)生端部摩擦 5 C616 車床 主 軸 承 30 35 兩值大小接近 軸 承 狀 態(tài) 不良，潤滑不好 質量不好的新軸承，影響加工質量 6 深井泵

17、 軸 承 30 32 兩值相當接近 軸承潤滑狀態(tài)不良 油眼堵塞，清水進入軸承 某軋鋼廠螺桿壓縮機某軋鋼廠螺桿壓縮機 (1/2)軸承大面積道剝落故障軸承大面積道剝落故障 三臺壓縮機中，三號機的測點振動特別突出。 測得的信號中，機械和流體干擾大。頻譜中看不出特征頻率。 改用共振解調法，突出滾動軸承故障頻率。水平水平 水平1機6.315102機1.83.32.73機401611各測點振動加速度峰值（g）某鋼廠螺桿壓縮機某鋼廠螺桿壓縮機 (2/2)2機的共振解調頻譜3機的共振解調頻譜1 fe2 fe3 fe4 fe1R 軸承型號:7315DF 轉速N =1480r/min(24.7Hz) D =122

18、.5mm, d =22mm n =11, =10 外圈故障頻率fe=108.75Hz 3機測點的共振解調頻譜中，看到軸承外圈故障頻譜及其諧波；而2機的頻譜無特征頻率。 拆機驗證,軸承外、內圈和鋼球均有大面積的剝落坑。共振解調后無故障譜直接采集的振動信號譜解體發(fā)現(xiàn)在可分離的外環(huán)上有2mm長、0.25mm深的小溝槽。共振解調后故障譜出現(xiàn)以25Hz為基礎的多階譜線GJW110輸入軸半軸7613軸承差速器輸入軸上軸承型號:7613輸入軸轉速:240r/min(4Hz)滾動體個數(shù):15軸承平均直徑:102.5mm滾動體平均直徑:15mm壓力角:13外環(huán)故障頻率：25.72Hz驅動橋軸承故障的診斷驅動橋軸

19、承故障的診斷沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (1/4) 必須用專用的加速度傳感器測量 在受主要軸承力的部件上測量（一般測軸承座比測軸承蓋為好） 測量方向可徑向或軸向（這不同于振動）沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (2/4) 測點要盡可能地靠近軸承 經過的界面越少越好沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (3/4) 難以接觸的重要測點可以預埋測試接棒制造商預埋的測試接棒沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (4/4) 難以接觸的重要測點也可以預埋傳感器六、軸承運轉聲音的診斷六、軸承運轉聲音的診斷 設備運行時，軸承各部分都在運動，必然產生各種聲響。 這些聲響中，有的屬于正常的聲響，有的則屬于異常聲響。異常的聲響是軸承

20、故障先兆，或是故障的發(fā)展，或故障已經形成。 因此，可以通過各種不同的聲響，判斷故障的性質和程度。 聽聲音可用人耳，或用聽音棒、電子耳等工具。 診斷準確性很大程度上取決于人的經驗。 運轉平穩(wěn)、輕快、無停滯現(xiàn)象。 發(fā)出“嘩嘩”聲音，聲音和諧，均勻連續(xù)而無間斷，也而無任何雜音。說明軸承工作正常，潤滑狀態(tài)良好。軸承正常運轉聲音軸承正常運轉聲音“咝咝”的聲音是軸承內缺少油脂所致。 正確的是油的粘度應高些，填充空隙在1/21/3之間。 潤滑油面的高度一般不超過最低的一個鋼球的中心線。(2)“咝咝、沙沙”的聲音設備停機時間過長或是軸承徑向間隙過小，形成不了良好的潤滑油膜，應清洗調整。(3) “嘩嘩”的聲音中

21、有周期性的“嗬羅，嗬羅”聲音表明內外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑點等。軸承異常運轉聲音軸承異常運轉聲音（1/4）(4) “哽哽”聲音，且不連續(xù)說明滾動軸承保持架或內外圈有裂紋，經過運轉沖擊，裂紋加深加大，是潤滑不良所致。(5) “嚓嚓！”的聲音，且不規(guī)則、不均勻則說明裝配時或保養(yǎng)中掉入雜物，如鐵屑、砂粒或潤滑油不干凈、加油時帶入的雜質。(6) “沙沙”連續(xù)且不規(guī)則的聲音有可能是內圈有軸配合過松，或外圈與軸承孔配合過松所致。軸承異常運轉聲音軸承異常運轉聲音（2/4）(7) “刺耳的嘯叫”聲音，且設備振動也較大是潤滑不良，干摩擦，或滾動件局部接觸過緊，內外滾道偏斜，軸承外圈配合過緊等引起。(8) “咯吧、咯吧！”的尖叫聲說明滾珠或滾棒破裂，破壞了正常潤滑所致。(9) “哐當、哐當！”的敲擊聲滑動軸承與軸之間的間隙過大，機器運轉時，在交變力的作用下，軸在軸承中跳動，潤滑油流失較快，不能形成適當?shù)挠湍に隆］S承異常運轉聲音軸承異常運轉聲音（3/4）(8) “咯吧、咯吧！”的尖叫聲說明滾珠或滾棒破裂，破壞了正常潤滑所致。(9) “哐當、哐當！”的敲擊聲滑動軸承與軸之間的間隙