滚动轴承检测方法

1、上海隆启科技发展有限公司上海隆启科技发展有限公司 目标：主导石化行业的检测技术应用和发展方向目标：主导石化行业的检测技术应用和发展方向 任务：注重现场问题的解决任务：注重现场问题的解决 滚动轴承故障的检测方滚动轴承故障的检测方 法法 隆启科技隆启科技 隆启科技隆启科技 滚动轴承是泵、风机和电机的主要基础零部件之一，滚动轴承是泵、风机和电机的主要基础零部件之一， 是日常生产运行中重点监测对象。下图描述了泵和电机是日常生产运行中重点监测对象。下图描述了泵和电机 主要存在的运行机械故障。主要存在的运行机械故障。 轴承失效轴承失效 密封失效密封失效 失去平衡失去平衡 不对中不对中 碰磨碰磨 松动松动

2、滚动轴承故障的检测方法滚动轴承故障的检测方法 滚动轴承生命周期滚动轴承生命周期 隆启科技隆启科技 滚动轴承生命周期滚动轴承生命周期 冲击冲击 脉冲脉冲 信号信号 水平水平 峰值峰值 典型典型 疲劳疲劳 隆启科技隆启科技 滚动轴承是泵、电机和风机的易损件，轴承的故障会导滚动轴承是泵、电机和风机的易损件，轴承的故障会导 致设备剧烈振动和噪声，甚至会引起部件损坏。致设备剧烈振动和噪声，甚至会引起部件损坏。 滚动轴承在运转过程中引起损坏的故障原因：装配不当、滚动轴承在运转过程中引起损坏的故障原因：装配不当、 润滑不良（润滑不良（水分和异物侵入、腐蚀），振动大和过载。水分和异物侵入、腐蚀），振动大和过载

3、。 滚动轴承的主要故障形式有：滚动轴承的主要故障形式有：磨损磨损、点蚀、疲劳剥落、塑、点蚀、疲劳剥落、塑 性变形、锈蚀、断裂、胶合和保持架损坏。性变形、锈蚀、断裂、胶合和保持架损坏。 滚动轴承故障监测方法：滚动轴承故障监测方法： 主要是振动信号法及油污染分析法（铁谱分析）主要是振动信号法及油污染分析法（铁谱分析） 滚动轴承故障的检测方法滚动轴承故障的检测方法 隆启科技隆启科技 滚动轴承故障的检测方法滚动轴承故障的检测方法 铁谱分析铁谱分析 隆启科技隆启科技 振动信号法几种方法：振动信号法几种方法： 1.1.峰值检测法峰值检测法 滚动轴承运行主要故障特征：振动大、温度高、噪声响滚动轴承运行主要故

4、障特征：振动大、温度高、噪声响 检测振动峰值（一般为振动加速度峰值），配合温度检测和噪声比较检测振动峰值（一般为振动加速度峰值），配合温度检测和噪声比较 2.2.崤度检测法崤度检测法 峭度峭度： 随着故障的发生和发展，一般峰值随着故障的发生和发展，一般峰值Xp=XmaxXp=Xmax、XrmsXrms、XX和和均会逐均会逐 渐增大，其中峭度渐增大，其中峭度对大幅值振动最敏感，当大幅值出现的概率增加时，对大幅值振动最敏感，当大幅值出现的概率增加时， 值会迅速增大，这对信号中含有脉冲的故障特别有效。峰值值会迅速增大，这对信号中含有脉冲的故障特别有效。峰值XpXp检测，脉检测，脉 冲故障的灵敏度居中

5、。冲故障的灵敏度居中。 dxxfx 4 振动信号法振动信号法 1g （pk）、）、1.1（rms ）、）、1kHz 1g （pk）、）、22（rms ）、）、50Hz 隆启科技隆启科技 3.3.频谱分析法频谱分析法 利用振动数据采集器对滚动轴承振动信号进行频谱分析，需要利用振动数据采集器对滚动轴承振动信号进行频谱分析，需要 建立轴承数据库软件（几万个轴承型号），得到滚动轴承内圈、外圈、建立轴承数据库软件（几万个轴承型号），得到滚动轴承内圈、外圈、 滚珠和保持架的特征频率进行比对分析滚珠和保持架的特征频率进行比对分析 频谱分析法频谱分析法 红色红色 绿色绿色 黄色黄色 Bearing defec

6、t - 19-05-05 - time signal - Amplitude Modulation 0,000 0,500 1,000 1,500 -0,500 -1,000 0,0500,1000,150 手动估算故障频率手动估算故障频率 针对针对8 81212个滚珠的轴承，有下列经验公式：个滚珠的轴承，有下列经验公式： 外圈外圈 fc 0.4zN 内圈内圈 ft 0.6zN 保持架保持架 fcc 0.4N 滚珠滚珠 fb2.4N z: 滚珠个数滚珠个数 N: 轴转速轴转速 隆启科技隆启科技 频谱分析法频谱分析法 提示：提示： 因为滚动体并非纯滚动等因素，只能找近似值，有调制边频因为滚动体并

7、非纯滚动等因素，只能找近似值，有调制边频 当内圈、外圈和滚子同时出现故障时，诊断分析就较困难当内圈、外圈和滚子同时出现故障时，诊断分析就较困难 轴承在其固有频率处振动，类似轴承在其固有频率处振动，类似“振铃振铃”，该固有频率作为载波，调制了轴承，该固有频率作为载波，调制了轴承 故障频率故障频率 内圈故障频率调制于转速频率，出现一倍频为边频的边带内圈故障频率调制于转速频率，出现一倍频为边频的边带 滚动体故障频率调制于保持架故障频率，频谱上出现保持架频率为边频的边带滚动体故障频率调制于保持架故障频率，频谱上出现保持架频率为边频的边带 隆启科技隆启科技 4.4.冲击脉冲法（冲击脉冲法（SPMSPM）

8、 冲击脉冲传感器测量原理：冲击脉冲传感器测量原理： 带通滤波器，中心频率为：带通滤波器，中心频率为：32kHz32kHz，带宽：左右，带宽：左右500Hz500Hz 信号放大倍率信号放大倍率5 57 7倍，信号调制倍，信号调制/ /解调解调 状态评定参数的含义：状态评定参数的含义： dBsv：冲击脉冲值的绝对分贝，用来衡量冲击脉冲能量的绝对值。冲击脉冲值的绝对分贝，用来衡量冲击脉冲能量的绝对值。 dBi： 冲击脉冲值的背景分贝，即滚动轴承初始值。其数值大小取决于冲击脉冲值的背景分贝，即滚动轴承初始值。其数值大小取决于 滚动轴承内径和转速的大小。滚动轴承内径和转速的大小。 dBn： 冲击脉冲值的

9、标准分贝。用来评定滚动轴承工作状态的标准冲击脉冲值的标准分贝。用来评定滚动轴承工作状态的标准 dBn dBsv dBi dBc : 地毯分贝，其数值为每秒产生地毯分贝，其数值为每秒产生200200个冲击脉冲信号的最高读数个冲击脉冲信号的最高读数, , 工作状态良好的滚动轴承地毯值一般低于工作状态良好的滚动轴承地毯值一般低于1010 冲击脉冲法冲击脉冲法 dBi 70 60 dBn 45 35 30 20 10 0 -10 隆启科技隆启科技 冲击脉冲法冲击脉冲法 绿色：绿色： 0dBn20 dB 0dBn20 dB 正常状态正常状态 黄色：黄色： 20dBn35 dB 20dBn35 dB 注意

10、；轴承有初期损伤注意；轴承有初期损伤 红色：红色： 35dBn60 dB 35dBn60 dB 警告；轴承已有明显损伤警告；轴承已有明显损伤 当轴承局部存在损伤或缺陷时，在运行过程中产生突变的衰减当轴承局部存在损伤或缺陷时，在运行过程中产生突变的衰减 冲击脉冲力，激起轴承的高频固有振动，这种高频固有振动作为轴冲击脉冲力，激起轴承的高频固有振动，这种高频固有振动作为轴 承振动的载波，使轴承的最终振动波形表现为复杂的幅值调制波。承振动的载波，使轴承的最终振动波形表现为复杂的幅值调制波。 调制波的频率成分中含有与缺陷对应的故障频率，通过解调技术，调制波的频率成分中含有与缺陷对应的故障频率，通过解调技

11、术， 能将轴承的缺陷信息从复杂的调幅振动的信号中分离出来。能将轴承的缺陷信息从复杂的调幅振动的信号中分离出来。 包络解调原理图：包络解调原理图： 包络解调分析法包络解调分析法 轴承振动信号数字带通滤波高频振动包络检波低频包络信号频谱分析 5.5.包络解调分析法包络解调分析法 希尔伯特希尔伯特(Hilbert)(Hilbert)变换检波原理：变换检波原理： 让测试信号产生一个让测试信号产生一个9090的相移，从而与原信号构成一个解析信号，的相移，从而与原信号构成一个解析信号， 此解析信号即构成包络信号。此解析信号即构成包络信号。 隆启科技隆启科技 包络解调分析法包络解调分析法 一个实信号一个实信

12、号 (t)(t)的希尔伯特变换的希尔伯特变换 (t)(t)定义为：定义为： X Xh h(t(t) )可以看成是可以看成是x(tx(t) )通过滤波器的输出，该滤波器的单位冲击响应为：通过滤波器的输出，该滤波器的单位冲击响应为： x x(t(t) )的解析信号为：的解析信号为： 解析信号解析信号g(tg(t) )的幅值的幅值A(tA(t) )和相位和相位(t(t) )的表达式为：的表达式为： 式中：式中： t txd t x txHX h 11 t th 1 tjxtxtg h tj etAtg txtxtA h 22 tx tx t k 1 tan 隆启科技隆启科技 幅值幅值A(tA(t)

13、)就是信号就是信号x(tx(t) )的包络信号，这样经过希尔伯特变换检波，的包络信号，这样经过希尔伯特变换检波， 除去高频的振动分量，然后用含有缺陷激振分量的除去高频的振动分量，然后用含有缺陷激振分量的A(tA(t) )代替原始信号代替原始信号 x(tx(t) )进行频谱分析，便可以进行缺陷的故障诊断。进行频谱分析，便可以进行缺陷的故障诊断。 X(t)=U(t)A(t) 实验采用圆柱滚子轴承实验采用圆柱滚子轴承N205N205，轴承参数为，轴承参数为： 滚动体直径滚动体直径d=7.5mmd=7.5mm，轴承节径，轴承节径D=39mmD=39mm，滚动体数，滚动体数Z=12Z=12，接触角，接触

14、角=0=0。 转速转速N=1440 rpmN=1440 rpm 轴承的特征频率轴承的特征频率(Hz)(Hz) 转速转速n外圈外圈fc内圈内圈ft滚柱滚柱fb保持架保持架fcc 1440116.3171.760.110.0 隆启科技隆启科技 包络解调分析法包络解调分析法 无故障无故障 外圈故障外圈故障 内圈故障内圈故障保持架故障保持架故障 隆启科技隆启科技 包络解调分析法包络解调分析法 隆启科技隆启科技 SKF的方法的方法 加速度包络值加速度包络值（gE） 频率范围：频率范围：500Hz10kHz，进行特殊处理进行特殊处理 加速度包络的平均峰值加速度包络的平均峰值 推荐值推荐值： 包络解调分析法

15、包络解调分析法 6. 振动尖峰能量振动尖峰能量(SPIKE ENERGY(SPIKE ENERGY恩泰克专利技术恩泰克专利技术) ) 振动尖峰能量主要用于监测诊断滚动轴承和齿轮的缺陷。所振动尖峰能量主要用于监测诊断滚动轴承和齿轮的缺陷。所 谓振动尖峰能量谓振动尖峰能量(gSE(gSE) )就是就是“短瞬间内金属碰撞和随机振动所产短瞬间内金属碰撞和随机振动所产 生的通过机器的结构外传的振动脉冲能量。测量振动加速度，通生的通过机器的结构外传的振动脉冲能量。测量振动加速度，通 过高通滤波，滤掉过高通滤波，滤掉5kHz5kHz以下的频率分量，以下的频率分量， 因为一般机械振动故因为一般机械振动故 障如

16、不对中和不平衡等产生的振动通常都低于障如不对中和不平衡等产生的振动通常都低于5kHz5kHz，振动脉冲能，振动脉冲能 量激发支撑机构的自振频率，这种频率作为载波频率与轴承故障量激发支撑机构的自振频率，这种频率作为载波频率与轴承故障 频率进行调制和解调，得到频率进行调制和解调，得到gSEgSE值，脉冲能量的强度是振幅和频值，脉冲能量的强度是振幅和频 率的函数。并有率的函数。并有gSEgSE谱分析功能谱分析功能 隆启科技隆启科技 振动尖峰能量振动尖峰能量 隆启科技隆启科技 gSEgSE的判断标准：的判断标准： 恩泰克公司以图表的形式推荐了振动尖峰能量烈度恩泰克公司以图表的形式推荐了振动尖峰能量烈度

17、 澳大利亚堪培拉澳大利亚堪培拉BHPBHP钢铁公司积累了大量数据，形成了自己的钢铁公司积累了大量数据，形成了自己的gSEgSE 判断经验准则（企业标准）判断经验准则（企业标准） 转速转速rpmrpm良好良好报警报警1 1报警报警2 2 6000.140.31.8 800 0.160.42.6 1050 0.20.53.5 1500 0.30.96.0 2250 0.441.513 3000 0.62.222 振动尖峰能量振动尖峰能量 7. PeakVue峰值分析法峰值分析法 (CSI专利技术专利技术-艾默生艾默生) PeakVuePeakVue是捕捉给定时间间隔里时域波形峰值的振动信号分析方是

18、捕捉给定时间间隔里时域波形峰值的振动信号分析方 法。当金属与金属的撞击时，会产生短暂的（法。当金属与金属的撞击时，会产生短暂的（10ms 1kHz1kHz，把冲击引起的特征振动与常规振动信号分离，把冲击引起的特征振动与常规振动信号分离 2 2包络检波处理：包络检波处理： 3 3高速采样处理：得到峰值波形，对峰值波形采样并进行高速采样处理：得到峰值波形，对峰值波形采样并进行FFTFFT处理，处理， 得到得到PeakVuePeakVue波形和频谱。波形和频谱。 高通频率的设置解调与包络分析相同。对于齿轮振动分析，高通滤高通频率的设置解调与包络分析相同。对于齿轮振动分析，高通滤 波频率下限可以设定为

19、波频率下限可以设定为3.253.25倍齿轮啮合频率。倍齿轮啮合频率。 PeakVuePeakVue可以被设置在中频范围（可以被设置在中频范围（100100500Hz500Hz） 的解调方法，还的解调方法，还 可被设置在其它频段，这样可以监测高速和非常低速（如每分钟几转的可被设置在其它频段，这样可以监测高速和非常低速（如每分钟几转的 滚动轴）的冲击故障，因此也是针对低速设备轴承监测的好方法滚动轴）的冲击故障，因此也是针对低速设备轴承监测的好方法 PeakVuePeakVue保持了实际冲击信号值，因而是能够进行有效的趋势分析保持了实际冲击信号值，因而是能够进行有效的趋势分析 隆启科技隆启科技 Pe

20、akVue 峰值分析法峰值分析法 隆启科技隆启科技 PeakVue 峰值分析法峰值分析法 隆启科技隆启科技 PeakVue 峰值分析法峰值分析法 隆启科技隆启科技 PeakVue 峰值分析法峰值分析法 隆启科技隆启科技 8.8.轴承故障因子轴承故障因子DEF(DEF(法国法国01-dB)01-dB) 振动峰值测量振动峰值测量( ( 振动加速度振动加速度 PV = Peak Value )PV = Peak Value ) 振动有效值测量振动有效值测量( ( 振动加速度振动加速度RMS )RMS ) 上述受到状态参数的制约影响上述受到状态参数的制约影响: :滚动轴承的尺寸、类型，功率，转速滚动轴

21、承的尺寸、类型，功率，转速 峰值因子：峰值因子：PFPF（Peak factorPeak factor）PV/RMSPV/RMS 从峰值参量从峰值参量PV PV 和均方根值参量和均方根值参量RMS RMS 可以很容易的导出峰值因子可以很容易的导出峰值因子 PF PF 参量。峰值因子参量。峰值因子PF PF 的测量法则基本上与滚动轴承和机器状态参数的测量法则基本上与滚动轴承和机器状态参数 （如：尺寸、载荷、转速、等等）无关，基本上取决于信号的形状，（如：尺寸、载荷、转速、等等）无关，基本上取决于信号的形状， 而不是信号的幅值。而不是信号的幅值。 峰值因子参量峰值因子参量PF PF 可以进行滚动轴

22、承的早期诊断，但是随着轴承可以进行滚动轴承的早期诊断，但是随着轴承 故障的发展，信号形状会产生变化，使这个判断法则的应用有难度，故障的发展，信号形状会产生变化，使这个判断法则的应用有难度， 想要只通过一次测量就能准确的断定轴承是处于故障的初期还是后期想要只通过一次测量就能准确的断定轴承是处于故障的初期还是后期 几乎是不可能的几乎是不可能的, ,只简单的对报警值进行比较也不行。只简单的对报警值进行比较也不行。 轴承故障因子轴承故障因子 只是使用只是使用PFPF测量法则，对一个轴承就需要多次测量并结合振动分析，测量法则，对一个轴承就需要多次测量并结合振动分析， 对这些多次的测量数据做综合分析。对这

23、些多次的测量数据做综合分析。 DEFDEF轴承故障因子轴承故障因子 DEFDEF（Defect FactorDefect Factor）的计算法则基本上保持了峰值因子）的计算法则基本上保持了峰值因子PFPF和均方和均方 根参量根参量RMSRMS各自的最主要的优点，见下式：各自的最主要的优点，见下式： DEF = aDEF = aPF + bPF + bRMSRMS 以该算法为基础，通过分析大量的有代表性的各种工业旋转机器的以该算法为基础，通过分析大量的有代表性的各种工业旋转机器的 测量结果，对测量结果，对DEFDEF诊断程序作充分调整诊断程序作充分调整 使其具有以下应用特点：使其具有以下应用特

24、点： 轴承缺陷由轴承缺陷由1 11212个数字表示故障程度（该测量值是绝对量）个数字表示故障程度（该测量值是绝对量） 隆启科技隆启科技 轴承故障因子轴承故障因子 轴承的早期诊断（轴承元件有初始缺陷时）轴承的早期诊断（轴承元件有初始缺陷时） 轴承的故障发展阶段中，该参量的测量效果是持续增加的轴承的故障发展阶段中，该参量的测量效果是持续增加的 不受机器及轴承的状态参数影响：转速、载荷、轴承型号尺寸、缺不受机器及轴承的状态参数影响：转速、载荷、轴承型号尺寸、缺 陷频率陷频率 能明确的指出轴承所处的三个故障阶段（绝对量）能明确的指出轴承所处的三个故障阶段（绝对量） 数字数字5 5 以下，表示：轴承良好

25、（接近以下，表示：轴承良好（接近5 5时早期缺陷）时早期缺陷） 数字数字6 6 以上，表示：轴承故障报警以上，表示：轴承故障报警 数字数字9 9 以上，表示：危险报警以上，表示：危险报警 在测量时立即得出轴承良好、故障报警、危险报警的结论。在测量时立即得出轴承良好、故障报警、危险报警的结论。 隆启科技隆启科技 轴承故障因子轴承故障因子 隆启科技隆启科技 FLUKEFLUKE的方法：的方法： 波峰因数波峰因数CF+CF+（峰值因数、电能测量方法峰值因数、电能测量方法） 频率范围：频率范围：4 420kHz20kHz 推荐值：推荐值： 优优良良不满意不满意差差 CF+CF+值值0-50-55-10

26、5-1010-1510-15大于大于1515 轴承故障因子轴承故障因子 轴承状态值轴承状态值 9.9.轴承状态值轴承状态值( (瑞典瑞典VMI)VMI) 轴承状态值系测量滚动轴承损坏频率可能出现的范围，并显示其振轴承状态值系测量滚动轴承损坏频率可能出现的范围，并显示其振 动加速度值，作为轴承状态的参考动加速度值，作为轴承状态的参考, ,取频率范围在取频率范围在3.2kHz3.2kHz20kHz20kHz的振动的振动 加速度有效值（加速度有效值（rmsrms）来衡量轴承运行状态。）来衡量轴承运行状态。 必须特别注意当轴承负载过大或轴承润滑不良时，也会导致轴承状态值偏高必须特别注意当轴承负载过大或

27、轴承润滑不良时，也会导致轴承状态值偏高 隆启科技隆启科技 隆启科技隆启科技 10.10.振动高频滤波检测法振动高频滤波检测法( (L方法方法) ) 轴承状态值：测量滚动轴承损坏频率可能出现的范围，并轴承状态值：测量滚动轴承损坏频率可能出现的范围，并 显示其振动速度有效值，作为轴承状态的参考。一般机械故障显示其振动速度有效值，作为轴承状态的参考。一般机械故障 如不平衡或不对中等其产生的振动频率很少超过如不平衡或不对中等其产生的振动频率很少超过600Hz600Hz，而一般，而一般 超过频率超过频率12000Hz12000Hz的振动信号已相当微弱，所以提取这个范围内的振动信号已相当微弱，所以提取这个

28、范围内 的振动值经特定数据处理的振动值经特定数据处理( (分段加权分段加权) )后定义为轴承状态值。后定义为轴承状态值。 高频滤波法高频滤波法 振动原始信号振动原始信号 高频振动信号高频振动信号 （轴承缺陷信号）（轴承缺陷信号） 高频滤波高频滤波 隆启科技隆启科技 高频滤波法高频滤波法 L L方法方法: :检查滚动轴承状态的方法检查滚动轴承状态的方法 理论计算和实验及实际测试表明：源于轴承的故障频率集中在高理论计算和实验及实际测试表明：源于轴承的故障频率集中在高 频范围，频范围，L L方法测量方法测量600Hz600Hz至至12kHz12kHz的振动信号，所有由机械故障如不平的振动信号，所有由

29、机械故障如不平 衡和不对中引起的振动被滤波器所抑制。衡和不对中引起的振动被滤波器所抑制。L L方法也反映润滑状态，在高方法也反映润滑状态，在高 L L值时应先检查润滑状态。机器转速、功率和轴承尺寸对值时应先检查润滑状态。机器转速、功率和轴承尺寸对L L值几乎没有值几乎没有 影响。影响。 L L方法方法只定义了两个标准状态，好和差只定义了两个标准状态，好和差 1 1良好的轴承状态和润滑状态，良好的轴承状态和润滑状态，L L值值122，更换轴承。，更换轴承。 3. 3. 当当 1 1L2L2时，加油，改善润滑状况。时，加油，改善润滑状况。 如果机器转速或齿轮啮合频率在如果机器转速或齿轮啮合频率在600Hz600Hz至至12000Hz12000Hz之间时，则此时之间时，则此时 可能可能L L值很高却没有轴承损坏问题，因此应用此轴承状态参考标准时，值很高却没有轴承损坏问题，因此应用此轴承状态参考标准时， 必须特别注意这个问题。必须特别注意这个问题。 隆启科技隆启科技 高频滤波法高频