2023/9/221滾動軸承的故障診斷

2023/9/222概述旋轉機械是設備狀態監測與故障診斷工作的重點，而旋轉機械的故障有相當大比例與滾動軸承有關。滾動軸承是機器的易損件之一，據不完全統計，旋轉機械的故障約有30％是因滾動軸承引起的，由此可見滾動軸承故障診斷工作的重要性。2023/9/223滾動軸承故障診斷技術的分類滾動軸承的故障診斷技術主要有振動診斷技術、鐵譜診斷技術、溫度診斷技術、聲學診斷技術、油膜電阻診斷技術和光纖監測診斷技術等，其中，振動、鐵譜、溫度診斷技術應用最普遍。2023/9/224振動診斷技術(一)軸承元件的工作表面出現疲勞剝落、壓痕或局部腐蝕時，軸承運行中會出現周期性的脈沖信號。這種周期性的信號可有安裝在軸承座上的傳感器（速度型或加速度型）來接收，通過對振動信號的分析來診斷軸承的故障。特點：振動診斷技術應用廣泛；可實現在線監測；診斷快，診斷理論已成熟。應用范圍：特別適合旋轉機械中軸承的故障監測。2023/9/225鐵譜診斷技術（二）軸承磨損顆粒與其工作狀況有密切的聯系。將帶有磨損顆粒的潤滑油通過一強磁場，在強磁場的作用下，磨粒按一定的規律沉淀在鐵譜片上，鐵譜片可在鐵譜顯微鏡上作定性觀察或在定量儀器上測試，據此判斷軸承的工作狀況。特點：機器無需解體；投資低，效果好；能發現軸承的早期疲勞失效；可做磨損機理研究。應用范圍：適用于用潤滑油潤滑的軸承的故障診斷，對于用脂潤滑的軸承較困難。2023/9/226油膜電阻診斷技術（三）潤滑良好的軸承，由于油膜的作用，內、外圈之間有很大的電阻。故通過測量軸承內、外圈的電阻，可對軸承的異常作出判斷。特點：對不同的工況條件可使用同一評判標準。對表面剝落、壓痕、裂紋等異常的診斷效果差。應用范圍：適用于旋轉軸外露的場合。2023/9/227光纖監測診斷技術（四）光纖監測是一種直接從軸承套圈表面提取信號的診斷技術。用光導纖維束制成的位移傳感器包含有發射光纖束和接收光纖束。光線由發射光纖束經過傳感器端面與軸承套圈表面的間隙反射回來，由接收光纖束接收，經光電元件轉換成電信號，通過對電信號的分析處理，可對軸承工況作出評估。特點：光纖位移傳感器靈敏度高；直接從軸承表面提取信號，提高了信噪比；可直接反映滾動軸承的制造質量、表面磨損程度、載荷、潤滑和間隙情況。應用范圍：適用于可將傳感器安裝在軸承座內的機器。2023/9/228溫度診斷技術（五）軸承若產生某種異常，軸承的溫度會發生變化。因此，根據溫度的變化，可以對軸承故障進行診斷，但對異常判斷的能力很低。特點：診斷簡單；對軸承燒傷判斷效果較好。應用范圍：適用于機器中軸承的簡單常規診斷

.2023/9/229聲發射診斷技術（六）金屬材料由于內部晶格的位錯、晶界滑移或者由于內部裂紋的發生和發展，均需要釋放彈性波，這種現象稱為聲發射現象。滾動軸承產生剝落或裂紋時，會產生不同類型的聲發射信號，據此可對軸承工況作出評估。特點：診斷快速、簡便；可在線監測。應用范圍：近幾年來發展的新技術，在軸承工況監測中應用較少.2023/9/2210滾動軸承振動故障診斷技術滾動軸承是機器中最精密的部件，通常它們的公差都保持在機器的其余部件的公差的十分之一。但多年的實踐經驗表明，只有10%以下的軸承能夠運行到設計壽命年限。而大約40%的軸承失效是由于潤滑引起的故障，30%失效是由于不對中或“卡住”等裝配失誤，還有20%的失效是由過載使用或制造上缺陷等其它原因所致。如果機器進行了精確對中和精確平衡，不在共振頻率附近運轉，并且軸承潤滑良好，那么機器運行就會非常可靠，機器實際壽命會接近其設計壽命。然而，大多數情況都沒有做到這些。因此有很多軸承都因為磨損而永久失效。振動分析和磨損顆粒分析是很好的診斷方法。2023/9/2211頻譜特征

故障軸承會產生與1X基頻倍數不完全相同的振動分量——換言之，它們不是同步的分量。對振動分析而言，如果在振動頻譜中發現不同步分量,那么極有可能是軸承出現故障的警告信號。應通過振動分析診斷并排除是否是其它故障引起的這些不同步分量。如果看到不同步的波峰，那極有可能與軸承磨損相關。如果同時還有諧波和邊頻帶出現，那么軸承磨損的可能性就非常大——這時候你甚至不需要再去了解軸承準確的擾動頻率。2023/9/2212滾動軸承振動的基本參數軸承的四個物理參數：球的數量、球的直徑、節徑和接觸角。接觸角的定義:指滾動體與滾道接觸區中點處,滾動體載荷向量與軸承徑向平面之間的夾角.按此定義支力軸承的接觸角為0,止推軸承的接觸角為902023/9/2213軸承擾動頻率有四個與軸承相關的擾動頻率：球過內圈頻率（fi）、球過外圈頻率（fc）、保持架頻率（FT）和球的自旋頻率（fb）。其中fi和fc的和等于滾珠/滾柱的數量。例如，如果fi等于3.2X，fc等于4.8X，那么滾珠/滾柱的數量必定是8。fb的值可能會加倍，因為所給的公式針對的是球撞擊內圈或外圈的情況。如果有庇點的滾球/滾柱同時撞擊內圈和外圈，那么其頻率值應該加倍。由于受到各種實際情況如滑動、打滑、磨損、軸承各參數的不精確（如直徑可能不完全精確）等的影響，我們所計算出來的頻率值可能會與真實值有小范圍的差異。2023/9/2214軸承擾動頻率的計算公式2023/9/2215軸承失效的九個階段(第一階段)在軸承失效的最初階段，其頻率范圍大約在20KHz～60KHz之間或更高。有多種電子設備可以用來檢測這些頻率，包括峰值能量、HFD、沖擊脈沖、SEE等超音波測量裝置。在這個階段，普通的頻譜上不會出現任何顯示。2023/9/2216軸承失效的九個階段(第二階段)由于軸承上的庇點增大，使它在軸承固有頻率處發出鈴叫聲。同時固有頻率周圍還出現邊頻帶。2023/9/2217軸承失效的九個階段(第三階段)

出現軸承故障頻率。開始的時候我們只能觀察到這個頻率本身。圖中所示為軸承內圈故障時的頻譜顯示。當軸承磨損進一步加劇后，在故障頻率（例子中的BPI）處的波峰值將會升高。大多數情況下波峰值將隨著時間線性增加。2023/9/2218軸承失效的九個階段(第四階段)隨著故障的發展，故障頻率將產生諧波。這表明發生了一定程度的沖擊。故障頻率的諧波有時可能會比基頻波峰更早被發現。因此，我們首先要查找頻譜中的非同步波峰，并查證是否有諧波。對應的時域波形中同時也會出現沖擊脈沖的顯示。2023/9/2219軸承失效的九個階段(第五階段)隨著故障狀態的惡化，軸承的損壞更加嚴重，振動級將繼續升高，同時出現更多的諧波。由于故障自身的性質，這時還會出現邊頻帶。時域波形上的尖峰波將更加清晰和明顯，你甚至能夠通過測量尖峰間的時間間隔來計算故障頻率。高頻率的軸承檢測，如峰值能量和沖擊脈沖所得到的趨勢都在持續上升。

此時引起調制的原因有二個：第一種情形是當內圈出現故障時，如果它位于加載區域時，產生的沖擊會更加劇烈，從而產生更高的振幅。當內圈故障位置移出加載區后，其振幅又會降低，并在軸承頂部達到最小值。在這種情況下內圈的故障頻率將被（內圈的）旋轉頻率所調制，于是我們可以在頻譜中看到1X邊頻帶出現。如果滾珠出現問題，也會因相同的原因，產生調制。當滾珠運轉在載荷區會產生比運轉在非載荷區更強烈的沖擊。越接近載荷區，振幅越高。滾珠沿軸承以保持架頻率FT滾動。該頻率低于1X——典型的FT大約等于0.4X。當我們能夠從頻譜中觀察到諧波，特別是邊頻帶后，軸承上的磨損就已經能夠用肉眼觀察到了。這時候，你就可以建議更換軸承了。2023/9/2220軸承失效的九個階段(第六階段)1X處的幅值增大，并出現1X的諧波，這是由于磨損引起間隙增大的結果。2023/9/2221軸承失效的九個階段(第七階段)現在我們看見故障頻率及其邊頻帶變成峰丘狀，經常被叫作"干草堆"。這是由于寬帶噪聲所致。在靠近機器的地方，你還能聽到軸承發出的噪聲。在這個階段，高頻率的軸承測量值可能會逐漸減少。如果你用測量工具測到的振幅有下降趨勢，不要以為是情況出現好轉，而應該盡快去定購用來更換的軸承了！2023/9/2222軸承失效的九個階段(第八階段)頻譜中的“干草堆”將繼續擴大，諧波隨著松動的增加而增大，高頻率的軸承測量顯示出的趨勢可能會繼續降低，但重要的是整個噪聲水平都在上升。你能清晰的聽到軸承發出的聲音，這預示著軸承即將報廢。2023/9/2223軸承失效的九個階段(第九階段)到了這個階段以后，頻譜會變得平直，因為機器已經不能運轉了！2023/9/2224滾動軸承診斷口訣內圈外圈滾動體，特征頻率要牢記；確有軸承故障存，頻率成分難再隱。先看頻譜低頻處，非同步的看有無；若有非同步成分，故障已可定三分；特征頻率諧波存，對應故障無疑問；再看頻譜高頻處，調制存在故障明；外圈特征轉頻調，松動現象無疑問；內圈故障轉頻調，亦可作證據成分。特殊情況特殊看，診斷故障有分寸；單一頻率若存在，是否軸承需辨認。高頻也是很重要，早期故障高頻分；低頻沒有高頻有，時常跟蹤要勤奮；損壞若是很嚴重，高頻抬起有空洞；及時更換莫僥幸，時刻避免事故生。故障機理把握清，是是非非要分明；潤滑狀況常檢測，調試裝配莫放松；診斷軸承有訣竅，相信科學錯不了。2023/9/2225滾動軸承的失效分析滾動軸承是重要的機械基礎件之一，軸承的運行狀況直接影響主機運行質量。通過軸承失效分析，可以直觀地發現軸承損壞的因素，便于查找引起軸承失效的根本.滾動軸承的失效原因比較復雜，涉及到多方面的專業知識，需要對軸承的結構特性、加工方法、各個零件的加工工藝及設備有一定的了解。現在所涉及的只是常見失效形式，根據軸承的結構特性，結合軸承的使用工況，通過對軸承的安裝、配合及調整的分析，對運行速度、溫升，受力分析，包括對軸承使用過程中維護、保養的分析等，歸納總結出軸承早期失效過程和失效原因.2023/9/2226單一失效形式的多種因素一種失效的形式，往往有多種可能導致的因素。如：發熱

.潤滑不良

.游隙小

.轉速過高

.干涉

.配合不當

.不對中等,必須根據現場的情況，對設備及軸承進行觀察，然后作出判斷。2023/9/2227擦傷—金屬表面因滑動摩擦而產生的表面金屬遷移現象。2023/9/2228擦傷形態特征—

在零件相互接觸的表面上，沿滑動方向產生的機械摩擦損傷，有一定長度和深度。產生原因—軸向預緊力過大或軸承游隙過小，潤滑不良或密封不良。2023/9/2229劃傷—

硬性顆粒及硬物棱角在軸承表面滑動而產生的表面線狀機械性損傷。形貌特征—呈線狀、光亮、無方向性，有手感產生原因—粗魯作業，潤滑劑含雜質，密封不良。2023/9/2230點蝕—金屬表面呈分散或群集狀的細小坑點。2023/9/2231點蝕

形貌特征——產生于滾動接觸面上，呈黑色針孔狀凹坑，有一定深度，個別存在或密集分布。

產生原因——

潤滑不良時，在滾動接觸應力的循環作用下，金屬亞表層夾雜物或炭化物形成應力集中，進而產生微觀裂紋，并逐漸發展成凹坑狀的微小剝離。潤滑劑含雜質，密封不良.2023/9/2232磨耗——零件在摩擦作用下,金屬表面材料被去除的現象。

2023/9/2233磨耗形貌特征——產生于滾動接觸面上或引導面上，呈磨合狀的淺溝槽，表面光亮。隨著滾動接觸表面的磨耗發展，軸承游隙增大。產生原因——細微顆粒物進入軸承或潤滑不良，在滑動摩擦的作用下，零件接觸處金屬表面材料被磨掉。

2023/9/2234電蝕——電流通過軸承時，擊穿油膜，產生高溫，使金屬表面局部熔融形成不規則凹坑或溝蝕。

2023/9/2235電蝕形貌特征——電蝕凹坑呈斑點狀，有金屬熔融現象，深處藍黑色，呈火山噴口狀；軸承運行中形成的電蝕溝蝕呈洗衣板狀。產生原因——電流通過軸承（電擊傷）。

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滾動體卡傷——軸承運行過程中，滾動體在異物或其他零件的作用下自轉或公轉受阻時，產生的磨損、裂損。

2023/9/2237滾動體卡傷形態特征——滾動體的工作表面與其他零件干涉所出現的磨損痕跡產生原因——游隙過大或有異物進入軸承使滾動體運轉卡阻。2023/9/2238裂損——材料破壞性損傷。

2023/9/2239裂損形貌特征——裂損按損傷程度分為裂紋和缺損。裂紋——呈線狀，無方向性，有一定長度和深度。缺損——零件有局部掉塊。產生原因——由其他損傷誘發，如：軸承承受非正常沖擊力，材料缺陷或材料疲勞，零件局部溫升等。2023/9/2240腐蝕和銹蝕——金屬表面與周圍環境介質發生化學反應產生的表面損傷現象。

2023/9/2241腐蝕和銹蝕形貌特征——腐蝕按不同程度分為色斑、蝕刻和蝕坑。色斑——呈點狀或條狀，顏色呈淺灰色或紅褐色，無深度。蝕刻——呈點狀、條狀或片狀，顏色呈灰黑色，稍有手感。蝕坑——呈點狀、條狀或片狀，顏色呈紅褐色或黑色，手感明顯。產生原因——密封不良，造成軸承中進入潮濕的空氣或水、酸、堿類物質。

2023/9/2242熱變色——由于溫升造成金屬表面產生氧化的現象。2023/9/2243熱變色形態特征——零件受熱部位呈現淡黃色、黃色、橙色、棕紅色、紫蘭色、藍黑色。產生原因——潤滑不良、潤滑劑老化，安裝配合不當，游隙小。2023/9/2244燒附——金屬表面的熱熔性材料粘著現象。2023/9/2245燒附形貌特征——在零件相互接觸的表面上，金屬表面粘附有被遷移的熔融性材料。產生原因——預緊力過大、軸承游隙過小，潤滑不良，軸承高速運轉產生溫升，使滾動體受熱膨脹后接觸表面摩擦產生的急劇溫升形成。2023/9/2246磕碰傷——軸承零件之間或與其他硬物之間相互碰撞產生的零件表面機械性損傷。2023/9/2247磕碰傷

形貌特征——呈半圓形或針葉形等形狀規則的凹陷，邊緣突起，手感明顯。一般在嚴重的磕碰傷附近及其尖角處有微裂紋。產生原因——粗魯作業使軸承外表面受到按一定角度施加的強力沖撞、敲擊產生的凹陷痕跡。

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壓痕——在強大擠壓力作用下，金屬表面產生的塑性凹陷。2023/9/2249壓痕形貌特征——凹陷形狀與擠壓體的形狀吻合，有深度，邊沿材料凸起光滑。產生原因——在過載沖擊力或過載壓力的作用下，滾道面受滾動體擠壓而產生的凹陷痕跡。軸承受到振動、顛簸，滾動體與滾道發生碰撞形成。2023/9/2250

配合面拉傷——軸承材料裝配表面受到極大的摩擦力時產生的機械性損傷。2023/9/2251配合面拉傷形貌特征——傷痕與摩擦力方向一致，嚴重時有金屬表面材料位移或表面附著物。產生原因——軸承安裝或退卸時，裝配倒角過渡不圓滑，過盈量大；可分離套圈在軸承合套時偏斜，滾道與滾子摩擦產生的機械性損傷。2023/9/2252輾皮——金屬表面由于疲勞而發生的極薄的金屬起皮現象。2023/9/2