滚动轴承故障诊断讲诉

1、滚动轴承故障诊断初步1、故障原因滚动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入。即主要故障形式：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合、保持架损坏。产生主要原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。2、频谱和波形特征滚动轴承它是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。当滚动体 和滚道接触处遇到一个局部缺陷时，就有一个冲击信号产生。缺陷在不 同的元件上，接触点经过缺陷的频率是不相同的，这个频率就称为滚动 轴承的特征频率。滚动轴承的故障特征频率的数值一般在几赫兹到几百 赫兹之间，在频谱图中的1000Hz以内的低频区

2、域轴承故障特征频率如下：1、滚动轴承故障特征频率（外圈静止） 式中：z滚动体个数 fr 转频（Hz）D轴承节径（mr）id 滚动体直径（mr）ia 接触角（1）滚动轴承内圈故障特征频率（2）滚动轴承外圈故障特征频率八1dVJc = Jr1cos a tZi DJ(3)滚动轴承滚动体特征频率(4)滚动轴承保持架特征频率1 (d = -X 1-costrr 2 D)2、滚动轴承故障特征频率的计算经验公式:Z0 6Zfr或(/ 亠 4.952 Zfr)f0 瓷 0.4 臥或(盜=3.047 /J力融0.4於或二0锐1力)、滚动轴承故障诊断的要素 滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，每个轴

3、承部 件对应一个轴承故障特征频率。 滚动轴承的故障频率分布有一个明显的 特点，往往在低频和高频两个频段内都有表现。所以在频率分析时，可 以选择在这两个频段进行分析。根据滚动轴承的故障形式在频域中的表现形式，将整个频域分为三 个频段，既高频段、中频段和低频段。l高频阶段指频率范围处于2000- 5000Hz的频段，主要是轴承固有频 率，在轴承故障的早期，高频段反映比较敏感；中频阶段指频率范围处于800-1600Hz的频段，一般是由于轴承润滑 不良而引起碰磨产生的频率范围；l低频阶段指频率范围处于0- 800Hz的频段，基本覆盖轴承故障特征 频率及谐波；在高频段和低频段中所体现的频率是否为轴承故障

4、频率，还要通过 其他方法进行印证加以确认。根据滚动轴承的故障特征频率在频域和时 域中的表现，可将滚动轴承的诊断方法总结为三个频段；八个确认，简 称三八诊断法。诊断方法诊断内容现象意义轴承部件固有频率 处带有轴承故障频 率的边带有3-4个间隔为80-130HZ的峰群频低3f(Hz)0低频区寻找轴承部件固有 频率处帶有的边帶 频率诊浙方法诊斷内容2 易转篁关豪匚 v 0 .381 0.4 frt-WM (XII) f。一俣持架故*策卓3保持絮易外 M* 关*fo-仪持架故* f0mt* N-沒疑体个敕4.内曲易外 频审关*父激动体嫩 与转H的关廉fb0.23NfN 10fr-M(X|) fi-rt

5、故淳做卓 fo故障頓濛 N-Jt攻体个敎 fr_#M(XM) 体故障复审 N-体小飲庄共扳篇*1|图中車及渚液(这些紬禾枚津频拿不一定网时岀观h并且存在 明昼冲击现象7.乃城址晞轉 梃鉄已知的嵐I*M*石.MUUUUU低揍区車调哥外豪卢生址阳+师躍 战柠崔独率冲去 端悄科等*a*uh a 动牺故闇特枢集卓 豉罠挣配轩征就申 朋.润淆不廉氏加的干 蛊禅效龍，在先城義 舟申金出见就蛙嶷过证腐认餌抽乘 故 W*此诊断方法是滚动轴承故障分析的一个基本方法，要熟练地掌握滚 动轴承故障分析必须通过观看具体的分析案例及大量的实践，在实践中认识、验证所学到的知识。六、滚动轴承的几个重要公式在对滚动轴承故障进行

6、频谱分析时，可利用下面的几个重要公式对轴 承故障特征频率进行验证或识别。1、滚动轴承内、外圈故障特征频率与转频的关系Z+ fo=Nxfr 2、滚动轴承外圈故障特征频率与保持架故障特征频率的关系Hfr3、滚动轴承保持架故障特征频率与转频的关系陽0.3810.4力4、滚动轴承滚动体故障特征频率与转频的关系fb0.23Nfr,N 10齿轮故障主要振动特征：1、齿轮所发生的故障有很多，其主要有三个方面：制造时发生的异常现象，如节 线偏斜、偏心、齿距误差、齿形误差；安装时发生的异常现象，如齿轮轴的歪 斜；使用时发生的异常现象，齿面磨损、点蚀、胶合、断齿和塑性变形等。2、障齿轮频谱和波形特征（ 1）故障齿

7、轮在啮合频率机器谐波频率上有较大的振动分量。 齿轮啮合频率等于齿 数乘以齿轮转频。（ 2）在啮合频率及其谐波频率附近有表明调制作用的边频带。且边带间距为1X。（3）随齿轮故障的发展，边频越来越丰富，幅值增加。（4）齿轮断齿表现为断齿数量乘以齿轮转频。（5）齿面损伤程度看边频带，同时出现损伤齿数乘以齿轮转频的振动。（6）对于螺线齿轮、 斜齿轮和人字齿轮， 轴向振动大， 其频谱特征与径向振动相同。 （ 7）在齿轮传动中，由于载荷波动而产生幅值调制， 因转速波动产生频率调制。 因 此在啮合频率或固有频率两旁产生一簇簇频率间隔相等的边频族。根据边频的 频率间隔确定故障的根源，根据边频幅值的大小确定故障

8、的严重程度。（ 8）在相同工作条件下， 将故障齿轮箱频谱与基准频谱对比， 注意频谱中的啮合频 率及其二倍和三倍频。根据明显增大的啮合频率分量或其谐波分量确定有故障 的齿轮对。（ 9）在对比基准频谱时， 注意啮合频率及其二倍和三倍频有无边频带。 根据边频的 频率间隔确定故障的根据（即产生调制的故障部位），边频幅值的大小表明故 障严重程度。（10）为求出边频的频率间隔，应设置足够大的谱线数，以提高频率分辨率，也可 采用细化和倒频谱技术。（11）利用连续监测判定齿面点蚀剥落程度。1）新齿轮全频范围内振动水平低， 啮合频率分量及其二、 三次谐波分量的幅值 依次减小。2）中等点蚀程度的频谱振动水平增大，

9、啮合频率二次谐波幅值超过基波幅值，且二次谐波边频增多3）达到严重程度时， 谱底噪声水平急剧上升， 且啮合频率谐波延伸到七次以上。（12）齿轮缺陷产生的冲击可以激发一个或多个齿轮的自振，自振频率是各齿轮的 固有频率。在自振频率两侧有故障齿轮转速调制产生的边频，在高分辨率细化 谱上可以象分析啮合频率边频一样进行诊断。3、故障齿轮的形式与波形、频谱的关系1）齿轮齿距的改变、载荷波动、局部缺陷以及均布缺陷（连成片的缺陷或分布 缺陷）都会对啮合频率产生调制作用。2）齿轮局部缺陷：如断齿、局部点蚀等，激发的是窄脉冲，其频谱在较宽的频 率范围内具有相等而较小的幅值。幅值随频率的增加而减小，脉冲越窄，减 小得

10、越慢。3）连成片的缺陷：齿轮均匀磨损、划痕、擦伤、大面积点蚀等，激发的是宽脉 冲，其频谱的频率范围窄，幅值衰减较快。4）由上述两种缺陷的调制作用而形成的边带也不同：a）局部缺陷情况下，边带范围宽，幅值小，变化平缓。b）均布缺陷情况下，边带范围窄，集中于载波峰附近，幅值较大，衰减较快。齿轮箱故障诊断的要素在齿轮箱故障的诊断分析方法中， 我们常采用幅域分析、 频域分析、 时域分析、时域同步平均分析、相关分析等方法。在实际工作中，我们 总结出齿轮箱故障诊断的“三八诊断法”。 三八诊断法就是通过齿轮箱故 障频域、时域特征等三个大方面和八个小方面对齿轮箱的故障进行判 别，以确定齿轮箱是否产生故障、故障产

11、生的部位、故障的严重程度。 应用齿轮箱故障诊断的“三八诊断法”能够快速的判别齿轮箱的故障。 齿轮箱故障的“三八诊断法”的内容如表所示断诊断方内容法故障图谱故障现象故障判别故障源判别严重程度判别八 个 确 认啮合频率幅值通过啮合频率 的幅值变化，啮 合频率的谐波 多少进行判断。判别哪个轴齿 轮存在故障，及 齿轮轴是否存 在长短周期故 障。通过故障特征 判别齿轮箱故 障的严重程度。齿轮的啮合频 率幅值较大，高 频时域加速度 峰值大于8G;诊断方法断容诊内故障图谱故障现象ces/ mmp :y_c Q-O vs MrG 卩 n OlLa Are cc Ao-90轮短期障断 齿长周故判O20000啊十

12、TKZYJZ - 2#3500制氧机235Y-0140 -4H2 Fan Outboard Horizontal - 16G 卩 n olLa Are cc A20128404000 060002000Frequency in Hz120906030-30-60-9030(041005000ZYJZ - 2#3500制氧机235Y-0140 -4H2 Fan Outboard HorizontalRoute Spectrum 07-10-16 09:44:47OVERALL= 17.98 V-DGRMS = 18.03LOAD = 96.0RPM= 746. (12.43 Hz)8000400

13、01 000(60008000Frequency in Hz60000Route Waveform07-10-16 09:44:47PK = 39.60PK(+/-) = 95.38/64.67 1CRESF= 3.417000500600啮合频率存在 2次以上的谐 波，并且啮合频 率及其谐波带 有边频带。看齿轮啮合频 率及其谐波所 带的边带，通过 边频带频率判 断哪个轴齿轮 存在问题； 在低频段存在 问题轴齿轮是 否存在不平衡、 不对中、松动等 长周期故障，如 不存在长周期 故障u，p则该故障 07-10-16 09:44:47OVERALL= 17.98 V-DG为齿轮勺齿形RPM= 746. (12.43 Hz) 误差造成的短 周期故障。 依据10高。9频加速PK = 39.60PK(+/-) = 95.38/64.67CREST= 3.41700诊断诊断方内容法故障图谱故障现象高频加速度峰值的大小 来判别；度幅值啮合 频率 分数 倍频如出现啮合频 率的分数倍频， 则齿轮箱故障 严重。时域冲击齿轮 固有 频率如在时域波形 中出现明显的 冲击信号，则齿 轮箱故障严重。看频谱中是否 出现齿轮