滚动轴承故障诊断.ppt

第二节滚动轴承的故障诊断 CompanyLogo 一 滚动轴承的故障识别1 滚动轴承振动原因滚动轴承振动原因主要有以下几点 1 制造误差以及当有疲劳剥落 磨损 塑性变形 锈蚀 断裂及胶合等故障出现时 内外圈滚道表面的凹凸不平度加大 滚动体在内外座圈之间滚动 产生激励力 引起振动 激励力有多种频率成分 所以 由轴承内外圈及轴承座构成的振动系统 其振动是由各种频率成分组成的随机振动 2 滚动体在通过负荷区时 有时为一个滚动体通过负荷区 有时却为两个滚动体同时通过负荷区 旋转轴的中心随着滚动体的位置而上下移动产生振动 3 轴承由于安装润滑等原因产生随机振动 4 轴承外部传来振动 CompanyLogo 2 滚动轴承振动信号的频率结构滚动轴承振动的频率非常丰富 每一个元件都有自己的故障特征频率 1 通过频率当滚动轴承某元件出现局部损伤时 机器在运行中就会产生相应的振动频率 称为故障特征频率 又叫轴承通过频率 内圈通过频率fi 即单位时间内内圈上的某一损伤点与滚动体接触的次数 CompanyLogo 外圈通过频率fo 即单位时间内外圈上的某一损伤点与滚动体接触的次数 滚动体通过频率fb 即单位时间内滚动体上的某一损伤点与内圈或外圈接触的次数 保持架通过频率fc 即单位时间内滚动体上的某一损伤点与内圈或外圈接触的次数 CompanyLogo 式中 fr 滚动轴承内圈的回转频率 Hz n为内圈的转速 r min 压力角 d 滚动体直径 mm D 轴承平均直径 mm Z 滚动体个数 CompanyLogo 2 固有频率计算滚动轴承在运行过程中 由于滚动体与内圈或外圈冲击而产生振动 这时的振动频率为轴承各部分的固有频率 轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固有频率为 CompanyLogo 式中n 振动阶数 变形波数 n 2 3 E 弹性模量 钢材为210GPa I 套圈横截面的惯性矩 mm4 密度 钢材为7 86X10 6kg mm3 A 套圈横截面积 A bh mm2 D 套圈横截面中性轴直径 mm g 重力加速度 g 9800mm S2 CompanyLogo 对钢材 将各常数代入式得 CompanyLogo 有时钢球也会产生振动 钢球振动的固有频率为 式中R 钢球半径 E 弹性模量 钢材为210GPa 密度 钢材为7 86X10 6kg mm3 g 重力加速度 g 9800mm S2 CompanyLogo 二 滚动轴承的振动测量注意事项由于滚动轴承的故障信号具有冲击振动的特点 频率极高 衰减较快 因此利用振动信号对其进行监测诊断时 应根据其振动特点 有针对性地采取一些措施和方法 CompanyLogo 1 测点的选择滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传播 通过轴承零件 轴承座传到箱体或机架 由于冲击振动所含的频率很高 每通过零件的界面传递一次 其能量损失约80 因此 测量点应尽量靠近被测轴承的承载区 应尽量减少中间传递环节 探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好 CompanyLogo 由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特性 因此应尽量考虑在水平 x 垂直 y 和轴向 z 三个方向上进行振动检测 如果考虑设备构造 安装条件的限制 或出于经济方面的考虑 不可能在每个方向上都进行检测 这时可选择其中的两个方向进行检测 CompanyLogo 2 传感器的选择与固定方式根据滚动轴承的结构特点 使用条件不同 它所引起的振动可能是频率约为1kHz以下的低频脉动 通过振动 也可能是频率在1kHz以上 数千赫乃至数十千赫的高频振动 固有振动 通常情况下是同时包含了上述两种振动成分 因此 检测滚动轴承振动速度和加速度信号时应同时覆盖或分别覆盖上述两个频带 必要时可以采用滤波器取出需要的频率成分 考虑到滚动轴承多用于中小型机械 其结构通常比较轻薄 因此 传感器的尺寸和重量都应尽可能地小 以免对被测对象造成影响 改变其振动频率和振幅大小 CompanyLogo 滚动轴承的振动属于高频振动 对于高频振动的测量 传感器的固定采用钢制螺栓固定 这样不仅谐振频率高 可以满足要求 而且定点性也好 对于衰减较大的高频振动 可以避免每次测量的偏差 使数据具有可比性 CompanyLogo 3 分析谱带的选择1 低频段在滚动轴承的故障诊断中 低频率段指1kHz以下的频率范围 一般可以采用低通滤波器 例如截止频率fb 1kHz 滤去高频成分后再作频谱分析 由于轴承的故障特征频率 通过频率 通常都在1kHz以下 此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线 做出判断 CompanyLogo 2 中频段在滚动轴承的故障诊断中 中频段指1 20kHz频率范围 a 高通滤波器使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分 以消除机械干扰 b 带通滤波器使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分 用通带内的信号总功率作为监测参数 滤波器的通带截止频率根据轴承类型及尺寸选择 例如对309球轴承 通带中心频率为2 2kHz左右 带宽可选为1 2kHz CompanyLogo 3 高频段在滚动轴承的故障诊断中 高频率段指20 80kHz频率范围 由于轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段 如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振频率 利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰减振动信号 对故障诊断非常有效 CompanyLogo 三 滚动轴承的精密诊断方法滚动轴承的精密诊断与旋转机械 往复机械等精密诊断一样 主要采用频谱分析法 由于滚动轴承的振动频率成分十分丰富 既含有低频成分 又含有高频成分 而且每一种特定的故障都对应特定的频率成分 进行频谱分析之前需要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来 然后对其进行绝对值处理 最后进行频率分析 以找出信号的特征频率 确定故障的部位和类别 CompanyLogo 1 轴承内滚道损伤 轴承内滚道产生损伤时 如 剥落 裂纹 点蚀等 若滚动轴无径向间隙时 会产生频率为nZfi n 1 2 的冲击振动 CompanyLogo 通常滚动轴承都有径向间隙 且为单边载荷 根据点蚀部分与滚动体发生冲击接触的位置的不同 振动的振幅大小会发生周期性的变化 即发生振幅调制 若以轴旋转频率fr进行振幅调制 这时的振动频率为nZfi士fr n 1 2 若以滚动体的公转频率 即保持架旋转频率 fc进行振幅调制 这时的振动频率为nZfi fc n 1 2 CompanyLogo 2 轴承外滚道损伤当轴承外滚道产生损伤时 如剥落 裂纹 点蚀等 在滚动体通过时也会产生冲击振动 由于点蚀的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的 所以 这时不存在振幅调制的情况 振动频率为nZfo n 1 2 CompanyLogo 3 滚动体损伤当轴承滚动体产生损伤时 如剥落 裂纹 点蚀等 缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时会产生冲击振动 在滚动轴承无径向间隙时 会产生频率为nZfb n 1 2 的冲击振动 通常滚动轴承都有径向间隙 因此 同内圈存在点蚀时的情况一样 根据点蚀部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同 也会发生振幅调制的情况 不过此时是以滚动体的公转频率fc进行振幅调制 这时的振动频率为nzfb士fc CompanyLogo CompanyL