1、朱榮乾 楊濤 劉光勇 陳建宇 中國石油吐哈油田公司技術監測中心滾動軸承的缺點機理及診斷 朱榮乾 楊濤 劉光勇 陳建宇 中國石油吐哈油田公司技術監測中心滾動軸承的缺點機理及診斷 摘要：本文引見了滾動軸承的缺點類型和開展歷程，軸承缺點頻率的計算公式和包絡分析的原理，并經過實例引見了滾動軸承的診斷方法。關鍵詞：軸承；缺點；診斷；包絡 一、引言 旋轉設備約有30%的缺點是因滾動軸承引起的，因滾動軸承抱軸、堅持架散落呵斥轉子嚴重損壞給設備呵斥的損失是宏大的。最初的軸承缺點診斷是靠有閱歷的設備管理和維修人員利用聽音棒來判別，只能發現處于晚期的缺點，不能及時發現處于早、中期的軸承缺點，從而呵斥設備缺點的擴展

2、，并延緩維修時間。隨著設備監測診斷技術的開展，各種信號分析與處置技術被用于軸承的缺點診斷。 振動加速度信號的波峰因數是指時域波形的峰值與均方根值之比，這種方法只適用于軸承點蝕缺點的診斷；沖擊脈沖技術(Shock Pulse Method)是瑞典SKF公司多年對軸承缺點機理研討的根底上發明的，它根據滾動軸承在出現疲勞剝落、裂紋、磨損時產生的脈沖性振動強弱判別軸承缺點，這種方法受運用者閱歷、設備干擾要素影響較大。美國Entek-IRD公司的峰值能量(Spike Energy)技術經過檢測高頻振動的尖峰診斷軸承的缺點；CSI公司的PeakVue技術經過檢測軸承產生的應力波診斷軸承缺點，對低速軸承缺點

3、信號也有良好的呼應；這兩種技術診斷準確，但是儀器價錢偏高。包絡分析是采用共振解調技術診斷滾動軸承缺點，運用廣泛，效果也不錯，許多監測儀器采用這一技術。 一、引言二、滾動軸承的缺點方式 滾動軸承在正常情況下，長時間運轉也會出現疲勞剝落和磨損。而制造缺陷、對中偏向大、轉子不平衡、根底松動、光滑油蛻變等要素會加速軸承的損壞。滾動軸承的主要缺點方式與緣由如下。疲勞剝落 滾動軸承的內外滾道和滾動體交替進入和退出承載區域，這些部件因長時間接受交變載荷的作用，首先從接觸外表以下最大交變切應力處產生疲勞裂紋，繼而擴展到接觸外表在表層產生點狀剝落，逐漸開展到大片剝落，稱之為疲勞剝落。疲勞剝落往往是滾動軸承失效的

4、主要緣由，普通所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命。磨損 長時間運轉使軸承的內外滾道和滾動體外表不可防止地產生磨損，繼續地磨損使軸承間隙增大，振動和噪聲添加。光滑不良和硬質顆粒進入滾道會加速軸承的磨損。斷裂 當軸承所受載荷、振動過大時，內外圈的缺陷位置在滾動體的反復沖擊下，缺陷逐漸擴展而斷裂。銹蝕 水分或酸、堿性物質直接侵入會引起軸承銹蝕。當軸承內部有軸電流經過時，在滾道和滾動體的接觸點處引起電火花而產生電蝕，在外表上構成搓板狀的凹凸不平。 二、滾動軸承的缺點方式擦傷 由于軸承內外滾道和滾動體接觸外表上的微觀凸起或硬質顆粒使接觸面受力不均，在光滑不良、高速重載工況下，因部分摩擦產生的熱量呵斥接觸

5、面部分變形和摩擦焊合，嚴重時外表金屬能夠部分熔化，接觸面上作用力將部分摩擦焊接點從基體上撕裂。 二、滾動軸承的缺點方式三、軸承缺點的開展歷程 軸承失效通常劃分為四個階段： 第一階段：在軸承失效的初始階段，缺點頻率出如今超聲頻段。有多種信號處置手段可以檢測到這些頻率，如峰值能量gSE、應力波PeakVue、包絡譜ESP、沖擊脈沖SPM等。此時，軸承缺點頻率在加速度譜和速度頻譜圖上均無顯示。 第二階段：細微的軸承缺點開場激起軸承元件的固有頻段，普通在5002KHz范圍內。同時該頻率還作為載波頻率調制軸承的缺點頻率。起初只能察看到這個頻率本身，后期表現為在固有頻率附近出現邊頻。此時，軸承仍可平安運轉

6、。 第三階段：軸承缺點頻率的諧波開場出現，邊頻帶數目逐漸增多。諧波有時會比基頻更早被發現。峰值能量gSE、應力波PeakVue、包絡譜ESP、沖擊脈沖SPM所測缺點頻率幅值顯著升高。加速度頻譜圖上也能夠察看到軸承缺點的高次諧波。此時需求停機檢修。 第四階段：在加速度和速度頻譜圖上均能看到軸承缺點頻率的基頻和高次諧波，并伴隨有轉速頻率的邊頻帶，各種手段所測頻譜圖的基底噪音程度升高，繼而軸承缺點頻率開場消逝被隨機振動或噪音替代。能明顯聽到缺點軸承產生的噪聲。此時軸承已處于危險形狀。 三、軸承缺點的開展歷程 四、軸承缺點頻率計算 1969年，Balderston根據滾動軸承的運動分析得出了滾動軸承的

7、滾動體在內外滾道上的經過頻率和滾動體及堅持架的旋轉頻率的計算公式，該研討奠定了這方面的實際根底。 內環滾動，外環固定，這是滾動軸承最常見的安裝方式。其缺點頻率分別為： 內 環： 外 環： 滾動體： 堅持架： 式中： n滾動體數目 d滾動體直徑 D軸承節徑，即外環內徑與內環外徑的平均值 接觸角 對于推力軸承，接觸角為90。 有時難以丈量軸承的幾何尺寸，在知道滾動體數目的情況下，可以用以下公式估算軸承的缺點頻率： 內 環： 外 環： 滾動體： 堅持架： 對于滾動體數目在612個的軸承，誤差較小。 四、軸承缺點頻率計算 五、包絡分析原理 軸承缺點會產生周明性的沖擊振動信號，通常是高頻低幅值信號，在缺

8、點的早期和中期，因不平衡、不對中、松動等缺點的幅值較高，在常規速度譜和加速度譜難以察看到軸承的缺點頻率。現場運用最多的是帶磁座的壓電加速度傳感器，對常規振動通常取傳感器安裝共振頻率的1/3，以保證所測譜線幅值在線性范圍之內。包絡分析采用帶通濾波器，通常選取以加速度傳感器安裝共振頻率為中心的頻帶做為載波頻率，使微弱的軸承缺點信號搭載在高幅值的諧振頻段傳送出來，否那么高頻低幅的軸承缺點信號在多個界面經過反射、衰減之后，傳感器很難拾取。再對所測信號進展絕對值處置，之后采用低通濾波，即可獲得調制信號的包絡線，然后進展快速傅立葉變換FFT，便可得到軸承的包絡譜，這個過程也稱為共振解調。 六、測試分析方法

9、 1、傳感器放置 滾動軸承的缺點檢測主要采用加速度傳感器，電渦流位移傳感器和磁電式速度傳感器不適用于滾動軸承的缺點檢測。加速度傳感器的固定方法通常有雙頭螺栓、磁座、探針。以Entek-IRD公司的970i傳感器為例，在安放穩定的情況下，雙頭螺栓的安裝諧振頻率大約在27KHz附近，磁座安裝的諧振頻率約在7KHz附近，探針安裝的諧振頻率大約在1.6KHz附近。前兩種安裝方式都適用滾動軸承的缺點檢測，探針安裝方式不但諧振頻率低，而且對高頻振動衰減較大，不適宜滾動軸承缺點的檢測。 加速度傳感器普通安裝在軸承接受載荷的方向，對于程度放置聯軸器傳動的設備，傳感器安放在軸承座下方；對于皮帶傳動的設備，傳感器

10、安放在兩皮帶輪連線方向軸承座內側。在測試之前，一定要了解軸承座的構造，防止把軸承安放的軸承座空腔處，這樣軸承的高頻信號衰減很大。采用磁座方裝方式，需清理掉不平或過厚的油漆。 六、測試分析方法 測試參數選取 帶通濾波器的中心頻率應選在傳感器安裝諧振頻率的中心，諧振頻率經過現場測試確定，圖1所示是磁座安裝的加速度傳感器的諧振頻率，上限頻率選在10KHz之上。 包絡譜的譜線數普通選800條或1600條，譜線數多那么頻率分辨率好。 判別規范 轉速對軸承包絡譜幅值的影響很大，轉速越高，幅值越大。因此，不同轉速的軸承，其判別規范也是不同的。最好的判別規范，是對同一類設備，在一樣工況下，比較其包絡譜幅值；或

11、者同一臺設備，不同時段的包絡譜幅值趨勢。 六、測試分析方法 圖1、傳感器的安裝諧振頻率 4.軸承缺點分析 圖2是一臺三柱塞注水泵軸承的包絡譜。泵轉速335rpm，排出壓力25MPa，流量16m3/h， 驅動電機功率132KW，電機轉速985rpm，電機與泵經過皮帶傳動。泵軸承為雙排球面滾子軸承，型號22330。 根據軸承尺寸計算的軸承缺點頻率如下： 內圈缺點頻率BPIR=49.6Hz 外圈缺點頻率BPOR=34.2Hz 滾動體BSF=14.7Hz 堅持架FTF=2.3Hz 曲軸轉頻f0=335rpm/60s=5.58Hz六、測試分析方法 經過包絡處置之后，不平衡、松動、皮帶輪偏斜、軸向竄動等頻率都被濾掉了，只用思索軸承缺點和泵進排液閥沖擊。而進排液閥產生的沖擊頻率是泵轉頻的1、3、6 倍，包絡譜中主要頻率分量是43Hz、87Hz、130Hz、260Hz，不是轉頻5.58Hz的倍頻分量，由此斷定缺點不是由泵進排液閥竄擾引起的。當軸承跑內圓或軸承磨損使間隙增大時也會在包絡譜上產生轉頻及其諧波分量。經過比對，這些頻率分量是滾動體缺點頻率14.7Hz的3、6、9、18倍頻，闡明滾動體出現缺點，并且很嚴重。六、測試分析方法 圖2、缺點軸承的包絡譜 停泵檢查發現，軸承外側內圈滾道曾經磨成搓板狀如圖3所示。