滚动轴承故障诊断技术

第1页,主讲人：谭红,滚动轴承的故障及诊断技术,第2页,3.3.4滚动轴承的故障诊断技术,滚动轴承的故障形式与振动测定滚动轴承的简易诊断法滚动轴承的精密诊断简介,主要内容：,第3页,疲劳点蚀磨损胶合烧伤锈蚀破损压痕,保持架破损蠕变电蚀,3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定,1、滚动轴承的失效形式,第4页,现象：深沟球轴承的内圈滚道上产生等距离的剥离。原因：由于冲击载荷造成的压痕发展而成。,疲劳点蚀和疲劳剥落,第5页,现象：圆柱滚子轴承的保持架，兜孔产生的变形。原因：润滑不良，发热造成的。,现象：向心推力角接触球轴承的保持架，横梁的折损。原因：内外圈的相对倾斜，造成对保持架的异常载荷作用。,保持架破损,第6页,电蚀,现象：深沟球轴承，滚道上产生的条纹状电蚀，钢球变为深黑色。,现象：圆锥滚子轴承的外圈，滚道上产生的条纹状电蚀。原因：使用中有电流通过。,第7页,蠕变,现象：调心滚子轴承的内圈，内径上出现的相对运动伤。原因：过盈量不足，产生蠕变造成的。,第8页,现象：表面变色和熔化，保持架磨损粉末压碾并附着在上面。原因：润滑不足造成的损伤。,烧伤,第9页,原因：,装配不当润滑不良密封不良腐蚀过载疲劳磨损,第10页,3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定2、滚动轴承的故障诊断方法,1、振动分析法2、声发射法3、温度检测法4、油液分析法5、光纤监测法,第11页,3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定3.滚动轴承的振动测定(1）振动特点,滚动轴承振动的频带很宽，既有低频振动，又有高频振动。其中，高频振动的成分靠传统的“手摸耳听”根本感觉不出来。因此，在大多数情况下，轴承的故障和状态只有用测振仪或分析仪对轴承的振动信号在特定的频带进行监测和分析，才能判断并预测。,第12页,3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定（2）测定参数及频带的选择,1)低频段（1KHZ）检测参数：速度2）中频段（120KHZ）检测参数：加速度、峭度系数。3）高频段（2080KHZ）冲击脉冲法（SPM）：标准冲击能量,第13页,3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法,原理利用简易诊断仪器测出特定的振动量（速度、加速度等），再与标准值进行比较，以是否超出规定的界限值来判断轴承是否存在故障及故障程度的方法。方法1、振动信号法2、冲击脉冲法（SPM法)3、共振解调法（IFD法）,第14页,3.3.4.2滚动轴承的简易诊法,振动信号法参数的类型1)幅域参数例：速度、加速度特点：其值既与故障有关，也与工况（负载、转速、仪表灵敏度）有关。2)无量纲参数例：峭度系数特点：对故障的灵敏性好，随工况不同变化小。,第15页,3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法1、振动信号法,1)幅域参数振幅值诊断法(最简单、最常用)测量仪器：Vm63、HY系列、HG-2500系列测量参数：加速度、速度加速度峰值点蚀；速度有效值磨损。,第16页,3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法2)无量纲参数峭度系数诊断法,峭度系数Kv=（峭度：）无故障轴承，峭度值Kv3；如果出现故障，峭度值Kv先增大，后减小。峭度系数对于诊断轴承的点蚀等冲击类故障，灵敏性好。,第17页,3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法(3)实例鞍钢线材厂用巡检仪监测增速机轴承,测量仪器：HY106巡检仪测量参数：点加速度、速度,第18页,趋势图与趋势分析,（图1是垂直方向的加速度趋势图；图2是水平方向的加速度趋势图。）初步结论：振动异常。检查验证,第19页,设备参数,主电机:功率P=4000KW，转速可调n=1200r/min，一般在11501250之间波动。齿轮：Z1=158，Z2=67，Z3=55轴承：摩根-140-106型圆柱滚子轴承频率计算轴转频:fr=20HZ(19.17620.83HZ)轴承内圈:fi=244.175Hz(234.004254.344)轴承外圈:fo=195.825Hz(187.670203.982)滚动体:fb=89.906Hz(86.162-86.655)齿轮啮合频率fm=frZ1=3160HZ(3028.393291.61),第20页,频谱图,第21页,频率分析,根据故障诊断理论，高频段信号反映的是滚动轴承故障及严重程度，低频段一般可以诊断故障部位。由此推断增速机的滚动轴承存在严重故障。从低频段信号分析中发现，其中一高峰值182Hz对应的频率恰好为滚动轴承外圈的通过频率，而另一高峰值851Hz恰好为轴承滚动体通过频率的10倍（滚动体通过频率fb=87Hz），同时发现这些高振幅的频率间隔都为185Hz，而这个频率恰好是轴承外圈的基本损坏频率（轴承外圈通过频率fi=189Hz）。根据轴承的振动频率信息，属于典型的滚动轴承零件发生点蚀的振动特征，因此初步判断轴承外圈及滚动体可能存在点蚀等故障。,第22页,检查验证,12月25日，利用停轧时间对齿轮进行了检查，齿轮啮合正常、润滑良好，排除了齿轮存在故障的可能性,怀疑滚动轴承有问题。打开增速机西侧的轴承端盖，移出铜环，用内窥镜检查，发现滚动体有划痕，其中一个滚动体有点蚀现象、外圈内滚道有一处出现大面积的点蚀，162250B轴承确实已失效了，由此证实了我们的分析判断是正确的。12月26日利用检修时间更换了162250B轴承，振幅值立刻下降，从而避免了一次重大的事故发生。返回,第23页,3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介,精密点检：主要是通过对振动信号的频率分析，来判明轴承故障的类别、部位及原因。滚动轴承的振动频率成分非常丰富，每一个元件都有各自的故障特征频率。因此，通过振动信号的频率分析不但可以判断轴承有无故障，而且可以具体地判断轴承中损坏的元件。,第24页,滚动轴承的频谱分析,高频段是否有能量堆积或峰群出现,无：没有早中期故障,有：存在早中期故障,在低频段出现轴承的故障特征频率及倍频故障特征频率的峰值增大，故障恶化,诊断思路,第25页,3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介1.滚动轴承的频率结构,（1）故障特征频率1)内圈的故障特征频率：2)外圈的故障特征频率：3)滚动体的故障特征频率：4)保持架的故障特征频率：,第26页,滚动轴承的结构如图,第27页,（2）滚动轴承的固有频率（120KHZ）,滚动轴承内、外圈固有频率可按以下公式计算：滚动体固有频率的简化计算公式：,第28页,3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介2、滚动轴承的频率分析方法,由于滚动轴承振动的频带很宽，既有高频振动，也有低频成分。在进行频谱分析时，可以选低频段和高频段两个频段进行分析。低频段：范围1000HZ，覆盖轴承的故障特征频率；高频段：范围100010000HZ，主要是轴承的固有频率及其高次谐波。,第29页,3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介3.实例,（1）6210轴承的监测与诊断一台单级并流是鼓风机，其结构如图3-53。该机组自86年1月30日起，测点的振动加速度逐渐增加至正常值10倍，为查明原因，对测点的振动信号进行频谱分析。,第30页,已知：轴承型号6210（深沟球轴承），钢球直径d=12.7mm，节圆直径D=70mm，钢球个数Z=10，风机转速=900r/min。轴承的故障特征频率：鼓风机轴的转动频率：15（HZ）内圈的故障特征频率：88.6（HZ）外圈的故障特征频率：61.3（HZ）滚动体的故障特征频率：40.6（HZ）,第31页,测点的频谱图,a）高频段频谱b）低频段频谱,第32页,频谱分析：,在高频段的加速度谱图上，频率1350Hz和2450Hz处，出现高频峰群，这是轴承元件的固有频率，表明该轴承可能已有损伤。在低频段的加速度谱图上，在轴的转频15Hz，内圈的故障特征频率88Hz，外圈的故障特征频率61Hz及其2次、3次谐波上，均出现峰值。初步判定：轴承外圈存在故障，内圈也可能有问题。,第33页,检查验证：,停机后发现，轴承内、外圈存在较长的轴向裂纹现材实例,第34页,结论：,1）轴承疲劳后，加速度谱图上出现高频峰群；高频峰群的中心频率与轴承外圈振动的固有频率非常接近。2）谱图上，低频峰值与轴承的特征频率有关。外圈有疲劳点蚀时，在nf0处振幅增大；内圈有疲劳点蚀时，在nfi处振幅增大，还有边频；钢球有疲劳点蚀时，在nzfb处振幅增大，还有边频。,第35页,3.5设备状态的判定标准简介,3.5.1标准的种类1、按测量参数位移标准速度标准加速度标准2、按制定方法(1)绝对标准(2)相对标准(3)类比标准,第36页,3.5.1标准的种类,（1）绝对判定标准：用于判断实测振值是否超限的绝对量值。目前应用较广的绝对振动标准有：ISO2372机器振动的评价标准基础ISO3945振动烈度的现场测定与评定VDI2056振动烈度判据CAD/MS/NVSH107轴承振动测量判据,第37页,第38页,3.5.1标准的种类,（2）相对判定标准：以正常状态的测定值为初值，以当前实测数据达到初值的倍数为阈值来判定设备当前所出的状态。1）常用的相对标准ISO建议的相对标准,第39页,3.5.1标准的种类,我国一些厂家采用的相对标准；,日本丰田利夫建议的相对标准,第40页,2）企业相对标准的建立,对具体设备制定切实可行的相对标准，是最合适的。确定基线（初值）：以等时间间隔为基础，至少取二十个有效数据的平均值作为初值。注意：同测点、同方向、同角度和同压力。计算平均值和标准值：平均值：标准差：,第41页,2）企业相对标准的建立,注意标准：危险标准：a)低频领域（1KHZ以下）b)高频领域（10KHZ以上）,计算注意和危险的标准：,第42页,企业相对标准的建立示例：,由上述平均值和标准差的公式可计算出：0=0.211，0=0.056注意标准为：xe=0.211+30.056=0.380.38/0.211=1.81.5(判定标准有效。)危险标准为：x=3*0.211+9*0.056=1.141.14/0.211=5.4,第43页,3.5.1标准的种类,（3）类比判定标准:相同条件下，对数台设备的同一部位进行测定，并对测定值相互比较进行判定的方法，称为类比判定标准。对于同规格、同型号、同工况的小型机械如水泵,，在缺乏必要的标准时可采用类比标准进行判别。,第44页,3.5.2诊断标准的使用方法,1.诊断标准的科学性与相对性不要将绝对标准绝对化适用于所有设备的绝对值判定标准是没有的。2.明确标准适用的对象和应用条件3.标准的综合应用三种标准的采用原则（优先顺序）：绝对标准相对标准类比标准从维修的角度：兼用绝对值判定标准和相对值判定标准。注：对具体设备制定切实可行的相对标准，是最合适的。,第45页,3.5.3常见的振动标准,1、旋转机械振动标准（1）电动机标准（2）风机标准2、齿轮的判定标准3、滚动轴承的判定标准4、综合振动标准5、引进设备标准6、管道振动标准,第46页,第47页,1、举例说明用振动信号法检测轴承时，可测哪两大类参数？各有什么特点？1)幅域参数例：速度、加速度特点：其值既与故障有关，也与工况（负载、转速、仪表灵敏度）有关。2)无量纲参数例：峭度系数特点：对故障的灵敏性好，随工况不同变化小。2、日本丰田利夫建议的相对标准