滚动轴承故障PPT课件

.,1,滚动轴承故障诊断,2003,.,2,轴承故障原因及其解决,过负荷引起过早疲劳，（包括过紧配合，布式硬度凹痕和预负荷）减少负荷或重新设计过热征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色温度超过400F使滚道和滚动体材料退火硬度降低导致轴承承重降低和早期失效严重情况下引起变形，另外温升降低和破坏润滑性能,.,3,轴承故障原因及其解决,布式硬度凹痕当负荷超过滚道的弹性极限时产生滚道上的凹痕增加振动（噪声）任何静态过负荷和严重冲击产生布式凹痕伪布式凹痕在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，光滑，有明显边界，周围有磨削表明严重的外部振动隔振和使用抗摩添加剂,.,4,轴承故障原因及其解决,正常疲劳失效疲劳失效指滚道和滚动体上发生碎裂，并随之产生材料碎片脱落这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则迅速扩展，并伴随明显的振动增加更换轴承，和设计有更长疲劳寿命的轴承,.,5,轴承故障原因及其解决,反向载荷角接触轴承的设计只接受一个方向的轴向载荷当方向相反时，外圈的椭圆接触区域被削平。结果是应力增加，温度升高，并产生振动增大和轴承早期失效,.,6,轴承故障原因及其解决,污染污染是轴承失效的主要原因之一污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，导致振动加大和磨损清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储运。润滑油失效滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨损，导致过热和严重故障。滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在良好油膜失效常常由润滑不足和过热引起,.,7,轴承故障原因及其解决,腐蚀其征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域原因是轴承接触腐蚀性流体和气体严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承,.,8,轴承故障原因及其解决,不对中不对中的征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行如果不对中超过0.001in/in，会产生轴承和轴承座异常温升，和保持架球磨损配合松动配合松动导致配合部件的相对运动，如果这个相对运动轻微但不间断，则产生磨损这种磨损产生颗粒，并氧化成特殊的棕色。这导致研磨和松动加大。如果松动增大到内圈或外圈的显著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪声和胱动。,.,9,滚动轴承故障发展过程的四阶段,通常约百分之八十至九十的轴承寿命,1,2,3,4,1,X,2,3,4,阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十,阶段轴承剩余寿命的百分之五至十,阶段轴承剩余寿命的百分之一至五,阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一,灾难性破坏,累积的损伤,时间,滚动轴承四种类型故障频率1.随机的，超声频率-gSE,HFD,SPM；2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关；3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保持架FTF故障频率4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率,.,10,滚动轴承故障发展过程的四阶段中典型特征,第一阶段：1噪声正常；2.温度正常；3.可用超声，振动尖峰能量gSE声发射测量出来，轴承外环有缺陷；4.振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖峰；5.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之十。第二阶段：1.噪声略增大；2.温度正常；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE明显增大，轴承外环有缺陷；4.振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)；5.在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之五。第三阶段：1.可以听到噪声；2.温度略升高；3.非常高的超声，声发射，振动尖峰能量gSE，轴承外环有故障；4.振动加速度总量和振动速度总量大增；5.在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率；6.振动频谱的噪声地平明显提高；7.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之一。第四阶段：1.噪声的强度改变；2.温度明显升高；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态；4.振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；5.频率较低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非常高；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之零点二。,.,11,滚动轴承故障四种类型频率,第一种频率：随机的，超声频率-振动尖峰能量(gSE)，高频加速度(HFD)和冲击脉冲(SPM)；第二种频率：轴承零部件的自振频率-在500到2000赫兹频率范围内，与转速无关；第三种频率：旋转的故障频率-轴承的内环故障(BPFI)，外环故障(BPFO)，滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；第四种频率：和频与差频-轴承的若干故障频率之间及与其它振源频率之间相加或相减,.,12,滚动轴承故障发展的四个阶段,第一阶段：滚动轴承故障初始阶段第二阶段：滚动轴承轻微故障阶段第三阶段：滚动轴承宏观故障阶段第四阶段：滚动轴承故障最后阶段,.,13,滚动轴承故障发展的四个阶段,第一阶段,第二阶段,第三阶段,第四阶段,.,14,滚动轴承故障发展的四个阶段,第一阶段,第二阶段,第三阶段,第四阶段,A.仅出现滚动轴承故障频率(没有1X边带频率)B.滚动轴承跑道圆周上出现轻微磨损时，便出现轴承故障频率的谐波频率C.磨损明显时轴承故障频率两侧出现1X转速边带频率，还可出现其它的轴承故障频率,只是gSE有明显指示,gSE明显增大，开始出现轴承零件共振频率并伴有1X转速频率边带,gSE本阶段开始时减小，卡死前可能剧增。出现高频随机谱，轴承寿命成问题。,.,15,滚动轴承故障发展的第一阶段,噪声正常轴承温度正常可以用超声，振动尖峰能量，声发射测量出来，轴承外环有缺陷振动总量比较小。无离散的轴承故障频率尖峰轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之十(注)注：基于百分之九十的置信度,.,16,滚动轴承故障发展的第二阶段,噪声略增大轴承温度正常超声，声发射，振动尖峰能量有大的增大，轴承外环有缺陷振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)在对数频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线性频谱上难以看到；噪声地平明显提高轴承剩余寿命小于B-10规定的百分之五(注)注：基于百分之九十的置信度,.,17,滚动轴承故障发展的第三阶段,可以听到噪声轴承温度略升高非常高的超声，声发射，振动尖峰能量，轴承外环有故障振动加速度总量和振动速度总量有大的增大在线性频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率振动频谱的噪声地平明显提高轴承剩余寿命小于不B-10规定的百分之一(注)注：基于百分之九十的置信度,.,18,滚动轴承故障发展的第四阶段,噪声的强度改变轴承的温度明显升高超声，声发射，振动尖峰能量迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处在损坏之前的故障状态振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量反而减小出现较低频率的轴承故障频率尖峰且占优势振动频谱中噪声地平非常高轴承剩余寿命小于B-10规定的百分之零点二(注：基于百分之九十的置信度),.,19,滚动轴承故障发展第一和第二阶段gSE和频谱特征的比较,滚动轴承故障谱特征(1),区域A区域B区域C区域D常规振动频率区轴承故障频率区轴承零件自振频率区振动尖峰能量区,第一阶段,.,20,滚动轴承故障发展的第三和第四阶段gSE和振动频谱特征的比较,滚动轴承故障谱特征(2),区域A区域B区域C区域D常规振动频率区轴承故障频率区轴承零件自振频率区振动尖峰能量区,.,21,轴承故障发展的第一阶段,滚动轴承故障的最早指示出现在从250K赫兹到350K赫兹频率范围内；随后，当磨损扩展时，通常降到约20K赫兹到60K赫兹。这些频率就是振动尖峰能量gSE等评定的频率。例如，振动尖峰能量gSE首先以约0.25gSE出现(具体数值取决于测量位置和机器转速)。gSE谱可以确认滚动轴承是否处于其故障发展的第一阶段。,.,22,轴承故障发展的第二阶段,这阶段中，轻微的滚动轴承故障开始“振铃”激起滚动轴承零件的自振频率(fn),这些自振频率通常出现在500赫兹到2000赫兹频率范围内。这种自振频率也可能是机器结构的共振频率。这阶段末，在自振频率两侧出现边带频率。振动尖峰能量gSE增大(例如，从0.25gSE增大到0.5gSE)。,.,23,轴承故障发展的第三阶段,这阶段中，出现滚动轴承故障频率及其谐波频率。当磨损进一步扩展时，出现较多的滚动轴承故障频率的谐波频率，并且，边带频率的数量增多。振动尖峰能量gSE总量值继续增大(例如，从0.5gSE到1.0gSE以上)。这时已可以用肉眼观察到磨损，当滚动轴承故障频率及其谐波频率的两侧伴随有很多边带频率时，磨损可能已扩展到轴承的整个圆周。gSE谱可以帮助确认滚动轴承故障发展的第三阶段。这时，应该更换滚动轴承(与振动频谱中轴承故障频率分量的幅值无关)。,.,24,轴承故障发展的最后阶段,这阶段末，甚至可以检测出1X转速频率的振动幅值增大，通常还引起许多转速谐波频率分量的增大。离散的轴承故障频率和自振频率实际开始“消失”，而被随机，宽带高频“噪声地平”取代。此外，高频噪声地平和振动尖峰能量gSE两者的幅值事实上反而减小；但是，轴承刚损坏前振动尖峰能量gSE值通常将突增到很大的幅值。,.,25,结束语,振动尖峰能量(gSE)可以在滚动轴承故障发展的初始阶段检测到故障信息，并且可跟踪轴承故障发展，在第二，三和第四阶段中以不同的信息反映轴承不同的故障状态。同时采用振动速度或振动加速度检测常规振动频谱可以在滚动轴承故障发展的第三阶段有效地检测到轴承的故障频率(内环故障BPFI，外环故障BPFO，滚动体故障BSF和保持架故障FTF)等。振动尖峰能量和振动速度或振动加速度相结合可以有效地早期检测滚动轴承的故障。,.,26,滚动轴承故障频率计算(1),保持架故障频率：FTF=(1/2)No1+（d/D）Cos+Ni1-（d/D）Cos滚动体旋转故障频率：BSF=(1/2)(D/d)|No-Ni|1-(d/D)Cos外环故障频率：BPFO=(1/2)n|No-Ni|1-(d/D)Cos内环故障频率：BPFI=(1/2)n|Ni-No|1+(d/D)Cos以上符号：d=滚动体直径；D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)；=径向方向接触角；n=滚动体数目；No=轴承外环角速度；Ni=轴承内环角速度(=轴转速).注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环和轴承内环都旋转.,.,27,滚动轴承故障频率计算(2),滚动轴承保持架故障频率：FTF=(N/2)1-（d/D）Cos滚动轴承滚动体旋转故障频率：BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos滚动轴承外环故障频率：BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos滚动轴承内环故障频率：BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos以上符号：d=滚动体直径；D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)；=径向方向接触角；n=滚动体数目；N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,.,28,滚动轴承故障频率计算(3)-经验公式,外环故障频率：BPFOr0.4Nn内环故障频率：BPFIr0.6Nn保持架故障频率：FTFr0.4N以上符号：n=滚动体数目；N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,.,29,滚动轴承故障频率计算(4)-估算公式,外环故障频率：BPFOeN(0.5n-1.2)内环故障频率：BPFIeN(0.5n+1.2)滚动体故障频率：BSFeN(0.2n-1.2/n)保持架故障频率：FTFeN(0.5-1.2/n)以上符号：n=滚动体数目；N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,.,30,滚动轴承故障各阶段振动频谱和解调频谱的特征,.,31,以上所示左图为常规振动频谱；右图为解调频谱，此图中基准电平是任意选的平的噪声电平。正常情况下滚动轴承的常规振动频谱和解调频谱，如上图所示。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,任意的基准电平,1X,2X,3X,频率,频率,A.正常状态,.,32,常规振动频谱中，没有任何轴承故障频率分量，转速频率的谐波频率说明有一点松动迹象；解调频谱中，在基准噪声电平以上有2至3分贝轴承故障频率分量，还有一些转速频率谐波。解调频谱中的转速频率谐波，说明轴承间隙增大，使松动略有增大。这一阶段中，不需要更换轴承，但是，应该密切跟踪监视轴承的状态变化。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,常见转速频率的谐波,2至3分贝轴承故障频率,频率,频率,B.轴承内环有一条微小裂纹，故障第一阶段,.,33,轴承又降了一级。常规振动频谱仍然不能显示出明显的滚动轴承故障频率分量；解调频谱中可出现高于基准噪声电平5至10分贝的轴承故障频率分量。说明该轴承已处于低劣状态，但是，仍然有较长的使用寿命。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,2X,5至10分贝BPFO或BPFI,频率,频率,C.轴承处于低劣状态，但仍有较长使用寿命,.,34,常规振动频谱中，已出现轴承故障频率分量；解调频谱中，在轴承故障频率的两侧出现转速频率的边带，并且，整个解调频谱的电平提高约10分贝，轴承故障频率分量的幅值高于噪声背景10分贝或更高。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,很小幅值的轴承故障频率分量,BPFI伴有1X转速频率边带,2BPFI,频率,频率,D.轴承已降级到不能接受的状态,.,35,常规振动频谱和解调频谱都出现轴承故障频率分量并都伴有转速频率边带。解调频谱的背景噪声电平