机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)故障诊断技术滚动轴承故障诊断故障诊断技术滚动轴承故障诊断第一页，共57页。第1页/共56页第二页，共57页。道上，并给那里造成(zo chn)局部超负荷而进一步使滚道损坏。轴承运转时，一旦发生疲劳剥落，其振动和噪声将急剧恶化。第2页/共56页第三页，共57页。第3页/共56页第四页，共57页。第4页/共56页第五页，共57页。第5页/共56页第六页，共57页。第6页/共56页第七页，共57页。图71 滚动轴承振动的时域信号(a) 新轴承的振动波形 (b)表面劣化后的轴承振动波形第7页/共56页第八页，共57页。还有水平方向的移动。这n类参数的变化与运动都将引起轴承的振

2、动，也就是随着轴的转动，滚动体n通过径向载荷处即产生激振力。n这样在滚动轴承运转时，由于刚度参数形成的周期变化和滚动体产生n的激振力及系统存在非线性，便产生多次谐波振动并含有分谐波成分，不n管滚动轴承正常与否，这种振动都要发生。然而，振幅则不同。图72滚动轴承刚度的变化第8页/共56页第九页，共57页。速度关系建立的方程求得。用它计算的特征频率值往往十分接近测量数值，所以在诊断(zhndun)前总是先算出这些值，作为诊断(zhndun)的依据。第9页/共56页第十页，共57页。60/1Nf12)cos1 (21fDdf123)cos(1cos21fDddDf1214)cos1 (21fDdff

3、f145)cos1 (2fDdnnff126)cos1 (2fDdnnff图73 向心推力球轴承结构简图第10页/共56页第十一页，共57页。图74 滚动轴承内缺陷所激发的振动波形n材料、结构形式和质量，根据某些资料n介绍，轴承元件的固有频率在20K60KnHz的频率段。因此有些轴承诊断技术就n针对性的利用这一特点进行信号的分析n处理，取得很好的效果。如专用的轴承故障诊断仪，就是在这一频段内工作的仪表。第11页/共56页第十二页，共57页。第12页/共56页第十三页，共57页。第13页/共56页第十四页，共57页。图75 滚动轴承的振动频谱第14页/共56页第十五页，共57页。第15页/共56

4、页第十六页，共57页。会产生多大影响。第16页/共56页第十七页，共57页。初期故障时，有效值变化不大，但峭度指标值已经明显增加。它的优势在于能提供早期的故障预报。当轴承故障进入晚期，由于剥落斑点充满整个滚道，峭度指标反而下降。也就是对晚期故障不适应。441)(1rmsNiiqXxxNC第17页/共56页第十八页，共57页。冲击脉冲计的刻度单位就是dBN值表示的。轴承的状况分为三个区：（020）dBN 表示轴承状况良好(lingho)（2035）dBN 表示轴承状况已经劣化，属发展中的损伤期（3560）dBN 表示轴承已经存在明显的损伤。第18页/共56页第十九页，共57页。图76 共振解调法

5、的信号变换过程第19页/共56页第二十页，共57页。第20页/共56页第二十一页，共57页。图77 两种信号处理方法比较障的特征频率。图77(b)为经过包络检波后的频谱图，清楚地显示出故障的特征频率，其中91.25Hz是轴承外圈的间隔频率(理论计算值为92.5Hz)，145Hz、290Hz和436Hz是内圈的间隔频率及其谐波。该轴承的实际故障是内、外滚道表面上各有一处疲劳剥落。第21页/共56页第二十二页，共57页。率与计算所得的频率会有某些出入，所以(suy)在频谱图上寻找各特征频率时，需在计算的频率值上找其近似的值来做诊断。第22页/共56页第二十三页，共57页。图78 故障轴承与完好轴承

6、的频谱图对比第23页/共56页第二十四页，共57页。第24页/共56页第二十五页，共57页。图79c是其倒频谱，明显看出有106Hz及26.39Hz成分，理论计算上滚子故障频率为106.35Hz及内圈故障频率为26.35Hz，在此看出，倒频谱反映出的故障频率与理论几乎完全一样。在滚动轴承故障信号分析中，由于存在着明显的调制现象，并在频谱图中形成不同族的调制边带。当内圈有故障时是则内圈故障频率构成调制边带，当滚子有故障时，则又以滚子故障频率构成另一族调制边带。因此轴承故障的倒频谱诊断方法可以提供有效的预报信息。第25页/共56页第二十六页，共57页。图79 倒频谱分析的有效性示意图第26页/共5

7、6页第二十七页，共57页。图710 高线轧机的传动机构示意图第27页/共56页第二十八页，共57页。图711 26架轧机振动频谱图第28页/共56页第二十九页，共57页。序号故障特征频率（Hz）误 差振 幅(m/S2)特 征 描 述测量值计算值绝 对相 对158.59458.594003.245锥箱I轴转频2117.188117.188001.508锥箱I轴转频二倍频3180.664175.7824.8822.8%2.458锥箱I轴转频的三倍频4239.258234.3764.8822.1%0.908锥箱I轴转频的四倍频第29页/共56页第三十页，共57页。图712 26架通频振动有效值趋势图

8、第30页/共56页第三十一页，共57页。图713 26架特征频率趋势图第31页/共56页第三十二页，共57页。 a）I(snhui); b）26架底座刚度弱（有松动、裂纹等），被外力所激起的振动。第32页/共56页第三十三页，共57页。图714 破裂的1轴轴承（注：这个诊断报告中将锥箱I轴的转频及大量谐波解释成典型(dinxng)的部件松动特征，实际是因为轴承破损，造成I轴定心失效所致）第33页/共56页第三十四页，共57页。图715 12月28日谱图锥箱I轴转频58Hz幅值为0.447 m/s2第34页/共56页第三十五页，共57页。图717 1月2日谱图锥箱I轴转频58Hz幅值为2.502

9、 m/s2图718 1月4日谱图锥箱I轴转频58Hz幅值为3.664 m/s2第35页/共56页第三十六页，共57页。序号故 障 信 号频率 (Hz)计 算 特 征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可 信度 %故障部位及性质分析158.59459.132.50259.13-58.593=0.5370.537/59.13=0.91%100锥箱I轴转频2117.188118.262.504118.26-117.188=1.0721.072/118.26=0.91%100锥箱I轴转频的2倍频第36页/共56页第三十七页，共57页。图719图720 图721第37页/共56页第三十八页，共5

10、7页。2005年12月15日，唐山钢铁公司高速线材轧机(zh j)的增速箱振动异常升高的故障诊断。根据系统的时域指标监测，在12月14日发现精轧机(zh j)增速箱南侧时域指标连续黄警，到12月15日时域指标报警值大于150变为红色，引起我们关注，因此我们进一步对该设备的频谱分析。图722 高线精轧机齿轮箱传动链图第38页/共56页第三十九页，共57页。图723 增速箱12月15日时域振动波形图724 增速箱12月15日频谱图在图723增速箱时域振动波形图中可以明显看到高频冲击现象，并且相对0位线偏向上方。时域信号有明显下延结构(jigu)是冲击类振动的表现，频域含有410HZ成份，并伴随有高

11、阶倍频成份。第39页/共56页第四十页，共57页。1、经过初步分析该振动成份并非轴与齿轮的故障特征频率（轴频小于30HZ，齿轮啮合(nih)频率大于2000HZ）；2、由于轴承参数不全无法计算精确的故障特征频率，根据估计值计算有轴承故障可能。在随后的紧急检修中，开箱发现输出高速轴联轴节端滚动轴承内圈断裂。图725 轴承内圈断裂第40页/共56页第四十一页，共57页。图726 吐丝机传动简图nnnnnn作为事后(shhu)调查，欲对所有故障监测指标作一下回顾，以便认识哪些n指标对这类故障信息敏感。所以将各项时域监测指标列举分析如下：第41页/共56页第四十二页，共57页。在线系统一直连续出现红色

12、警报（均在200 m/s以上）。图727 峰值指标趋势图第42页/共56页第四十三页，共57页。图728 峰值系数趋势图第43页/共56页第四十四页，共57页。图729 峭度指标趋势图第44页/共56页第四十五页，共57页。图730 II轴轴频幅值趋势图第45页/共56页第四十六页，共57页。图731 吐丝机06年3月9日19：00时域和频域波形图第46页/共56页第四十七页，共57页。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.6650.1511.3684.4690II轴轴频258.59461.330.9482.

13、7364.46902II轴轴频392.77391.9950.630.7780.851003II轴轴频4151.367153.3251.1791.9581.281005II轴轴频5205.078214.6551.9169.5774.46907II轴轴频第47页/共56页第四十八页，共57页。图732 吐丝机06年4月25日4：00时域和频域波形图第48页/共56页第四十九页，共57页。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.1210.3860.8242.73100II轴轴频258.59460.2421.0261.

14、6482.731002II轴轴频387.89190.3630.6392.4722.731003II轴轴频4151.367150.6050.9480.7625.06905II轴轴频5205.078210.8472.2265.7692.731007II轴轴频第49页/共56页第五十页，共57页。图733 吐丝机06年5月6日10：00时域和频域波形图第50页/共56页第五十一页，共57页。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.4369.6591.1393.74100II轴轴频258.59460.8723.5212.2783.741002II轴轴频387.89191.3082.7733.4173.741003II轴轴频第51页/共56页第五十二页，共57页。图734 吐丝机06年6月27日06：51时域和频域波形图第52页/共56页第五十三页，共57页。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz