故障诊断报告

1、机械故障诊断技术读书报告滚动轴承诊断案例分析综述Diagnosis of Rolling bearing Case Analysis were Review学 院： 机械与汽车工程学 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 中外三班 姓 名： 余星海 学 号： 1402225188 指导教师： 王平 学年学期： 2017-2018学年第一学期 摘要随着科技的发展，现代工业的高速发展，工业设备的更新换代。工业正逐步向生产设备大型化、高速化、自动化方向发展，这使得生产率有了大幅度的提高，成本的降低，能源的节约，并且产品质量方面得到了极大的保证。但是，由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命

2、与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的。滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。关键词：滚动轴承 故障诊断 案例分析AbstractWith the development of science and technology, the rapid development of modern industry and the renewal of indus

3、trial equipment. Industry is developing towards large-scale production, high speed and automation. The productivity has been greatly improved, the cost has been reduced, energy saving has been made, and the quality of products has been greatly guaranteed. However, the catastrophic accidents caused b

4、y the failure and their loss of life and property and the destruction of the environment are also very serious. Rolling bearing is the most common component in mechanical equipment. Its performance and working conditions directly affect the performance of the gear shaft and the whole machine equipme

5、nt installed on the shaft. Therefore, studying the failure mechanism of rolling bearings and putting forward corresponding preventive and maintenance measures are of practical significance for reducing equipment maintenance costs, prolonging equipment maintenance cycle, increasing economic benefits

6、and ensuring long-term safe and stable operation of equipment.Keywords：Rolling bearing fault diagnosis case analysis目 录1机械设备故障诊断概述42机械设备故障诊断的发展过程43设备故障诊断技术的现状及发展趋势44滚动轴承的故障形式 55滚动轴承产生故障的原因 66高压电机滚动轴承的故障分析86666666666 1. 机械设备故障诊断概述 随着科学技术的不断发展与进步，工业设备逐渐趋向复杂，外型向大型化不断发展，系统逐渐实现自动化，这使得生产成本大

7、大降低、生产效率不断提高、残品率有所下降、能源损耗相应减少。然而，设备运行过程中由机械故障而引发的事故，将会对人身安全和公司财产造成难以弥补的损失。因此，人们更加重视大型设备的可靠性和安全性。通过对机械系统运行状态进行监控和诊断，控制相应的机械系统，对损坏性事故进行警告并提供有效的补救措施信息是提升机械系统安全性和可靠性的重要途径。首先，必须正确了解故障设备的相应故障状态和故障位置。其次，信号处理、信息传感和测试计算技术的高速进步使得机械故障诊断成为了可能，从而产生了一门新的学科机械故障诊断。2 机械设备故障诊断的发展过程设备的故障诊断是指在一定的工作环境下，根据机械设备运行过程中产生的各种信

8、息判别机械设备是正常运行还是发生了异常现象，并判定产生故障的原因和部位，以及预测、预报设备状态的技术。故障诊断的实质就是状态的识别，诊断过程主要有三个步骤：第一步是检测设备状态的特征信号，如振动、噪声、温度等：第二步就是从所检测到的特征信号中提取征兆；第三步是故障的模式识别。机械设备故障诊断技术的发展可以分为以下几个阶段：基于故障事件的故障诊断阶段。当出现故障后才检查故障原因和发生部位，故障诊断的手段是通过对设备的解体分析并借助以往的经验以及一些简单的仪器。基于故障预防的故障诊断阶段。该阶段故障诊断的目的在于为合理的维修周期的制定提供依据，并在定期维修前检查突发性故障，保证在故障出现之前就能排

9、除故障。这一阶段的诊断手段主要是一些简单的状态检测仪，多设有一定运行参数的报警值，能够对突发故障进行预测。基于故障预测的故障诊断阶段。该阶段故障诊断是以信号采集与处理为中心，多层次、多角度地利用各种信息对设备的状态进行评估，针对不同的设备采取不同的措施。属于正常运行状态的设备，可依据原先的检测计划进行检测；属于故障进行性发展的设备，重点检测：而个别故障较严重发展的设备，应及时停机进行故障诊断。3 设备故障诊断技术的现状及发展趋势20年以来，随着科学技术的不断进步和发展，尤其是计算机技术的迅速发展和普及，设备故障诊断技术已逐步形成了一门较为完整的新兴边缘综合工程学科。该学科以设备的管理、状态监测

10、和故障诊断为内容，以建立新的维修体制为目标，成为国际上一大热门学科我国对机械设备故障诊断工作的开展始于1983年。设备诊断技术在我国的化工、冶金、电力、铁路等行业得到应用，取得了较好的效果。随着诊断技术的发展，出现了与之有关的厂家。部分传感器、数据采集器已接近国际水平，同时研制开发了一些诊断仪器和设备。设备故障诊断技术发展到今天，已成为一门独立的跨学科的综合信息处理技术，它以可靠性理论为、控制论、信息论和系统论为理论基础，以现代测试仪器和计算机为手段，结合各种诊断对象的特殊规律而逐步形成的一门新兴学科。它大体上有三部分组成：第一部分为故障诊断物理、化学过程的研究；第二部分为故障诊断信息学的研究

11、，它主要研究故障信号的采集、选择、处理和分析过程；第三部分为诊断逻辑与数学原理方面的研究，主要是通过逻辑方法、模型方法、推论方法和人工智能方法，根据可观测的设备故障表征来确定下一步的检测部位，最终分析判断故障发生的部位和产生故障的原因。故障的诊断方法可简单地划分为传统的诊断方法、数学诊断方法以及智能诊断方法。传统的诊断方法包括：振动监测技术、油液分析技术、噪声监测技术、红外测温技术、声发射技术以及无损检测技术等：数学诊断方法包括：基于贝叶斯决策判据以及基于线性和非线性判别函数的模式识别方法、基于概率统计的时序模型诊断方法、基于距离判据的故障诊断方法一模糊诊断原理、灰色系统诊断方法、故障树分析法

12、、小波分析法以及混沌分析法与分形几何法等；智能诊断方法包括：模糊逻辑、专家系统、神经网络、进化计算方法(如遗传算法)等。设备故障诊断技术与当代前言科学的融合是设备故障诊断技术的发展方向。当今故障诊断的发展趋势是传感器的精密化、多维化，诊断理论、诊断模型的多元化，诊断技术的智能化，具体说来表现在：当代最新传感器技术尤其是激光测试技术的融和o与最新信号处理方法的融和。与非线性原理和方法的融合。与多传感器技术的融和。与现代智能方法的融和。诊断过程主要有三个步骤：第一步是检测设备状态的特征信号，如振动、噪声、温度等；第二步就是从所检测到的特征信号中提取征兆：第三步是故障的模式识别；第四步是诊断决策。4

13、 滚动轴承的故障形式 滚动轴承在正常情况下，长时间运转也会出现疲劳剥落和磨损。而制造缺陷、对中偏差大、转子不平衡、基础松动、润滑油变质等因素会加速轴承的损坏。滚动轴承的主要故障形式与原因如下： （1）疲劳剥落 滚动轴承的内外滚道和滚动体交替进入和退出承载区域，这些部件因长时间承受交变载荷的作用，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生疲劳裂纹，继而扩展到接触表面在表层产生点状剥落，逐步发展到大片剥落，称之为疲劳剥落。疲劳剥落往往是滚动轴承失效的主要原因，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。2）磨损失效 由于滚道和滚动体的相对运动(包括滚动和滑动)和尘埃

14、异物的侵入等都会引起表面磨损，而当润滑不良时更会加剧表面磨损。磨损的结果使滚动轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了滚动轴承的运转精度，因而也降低了机器的整体运动精度，振动及噪声也随之增大。对于精密机械中所用的滚动轴承，往往就是因为磨损量限制了滚动轴承的寿命。此外，还有一种所谓的微振磨损。当滚动轴承本身不旋转而受到振动时，由于滚动体和滚道接触面间微小的，往复的相对滑动，因而导致微振磨损产生，其结果是在滚道上形成波纹状的磨痕。 （3）塑性变形 在工作负荷果重的情况下，滚动轴承受到过大的冲击载荷或者静载荷，或者因为热变形引起额外的载荷，或者当有高硬度的异物侵入时，都会在滚道表面形

15、成凹痕或者划痕。这将使滚动轴承运转时产生剧烈的振动和噪声。而且，一旦产生上述凹痕，由此所引起的冲击载荷可能还会进一步引起附近表面的剥落。 （4）腐蚀失效 腐蚀也是滚动轴承的常见故障之一。当水分直接侵入滚动轴承时就会引起滚动轴承腐蚀，另一方面，当滚动轴承停止工作时，滚动轴承温度下降达到零点，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承的表面上也会引起腐蚀。此外当滚动轴承内部有电流通过时，在滚道和滚动体之间的接触点处，电流通过很薄的油膜引起火花，使表面局部熔融，在表面上形成波纹状的凹凸不平。高精度的滚动轴承往往由于表面腐蚀，丧失精度而不能继续工作。 （5）断裂 当载荷超

16、过滚动轴承或者滚动体的强度极限时会引起滚动轴承零件的破裂此外，由于磨削加工、热处理或者装配时引起的残余应力、工作时的热应力过大等也都有可能造成滚动轴承零件的断裂。 （6）胶合 所谓胶合是指一个表面的金属粘附到另一表面的现象。在润滑不良，高速重载的情况下，由于摩擦发热，滚动轴承零件可能在极短的时间内达到很高的温度，从而导致表面损伤及损坏。5  滚动轴承产生故障的原因（1）装配前检查不仔细，轴承在装配前要先清洗并认真检查轴承的内外座圈、滚动体和保持架，是否有生锈、毛刺、碰伤和裂纹；检查轴承间隙是否合适，转动是否轻快自如，有无突然卡止的现象；同时检查轴径和轴承座孔的尺寸

17、、圆度和圆柱度及其表面是否有毛刺或凹凸不平等。对于对开式轴承座，要求轴承盖和轴承底座接合面处与外座圈的外圆面之间，应留出0.1mm0.25mm间隙，以防止外座两侧“瓦口”处出现“夹帮”现象导致的间隙减小，磨损加快，使轴承过早损坏。（2）装配不当。装配不当会导致轴承出现上述的各种故障形式，以及以下的几种情况：配合不当  ：轴承内孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圆与轴承座孔的配合采用基轴制。一般在正常负荷情况下工作的离心泵、离心机、减速机、电动机和离心式压缩机的轴与轴承内座圈，采用j5，js5，js6，k5，k6，m6配合，轴承座孔与轴承外座圈采用j6，j7配合。旋转的座圈（大多

18、数轴承的内座圈为旋转座圈，外座圈不为旋转座圈，少部分轴承则相反），通常采用过盈配合，能在负荷作用下避免座圈在轴径和轴承座孔的配合表面上发生滚动和滑动。    但有时由于轴径和轴承座孔的尺寸测量不精确或配合面粗糙度未达到标准要求，造成过大的过盈配合，使轴承座圈受到很大挤压，从而导致轴承本身的径向间隙减少，使轴承转动困难、发热，磨损加剧或卡死，严重时会造成轴承内外座圈在按装时开裂。不旋转座圈常采用间隙或过盈不大的配合，这样不旋转座圈就有可能产生微小的爬动，而使座圈与滚动体的接触面不断更换，座圈滚道磨损均匀。同时也可以消除轴因热伸长而使轴承中滚动体发生轴向卡住

19、的现象。但过大的间隙配合，会使不旋转座圈随滚动体一同转动，致使轴（或轴承座孔）与内座圈（或外座圈）发生严重磨损，而出现摩擦使轴承发热、振动。装配方法不当 ：轴承和轴径或轴承座孔的过盈较小时，多采用压入法装配。最简单的方法是利用铜棒和手锤，按一定的顺序对称地敲打轴承带过盈配合的座圈，使轴承顺利压入。另外，也可用软金属制的套管借手锤打入或压力机压入。若操作不当，则会使座圈变形开裂，或者手锤打在非过盈配合的座圈上，则会使滚道和滚动体产生压痕或轴承间接被破坏。     C.装配时温度控制不当    &#

20、160;滚动轴承在装配时，若其与轴径的过盈较大，一般采用热装法装配。即将轴承放入盛有机油的油桶中，机油桶外部用热水或火焰加热，工艺要求加热的油温控制在 8090，一般不会超过100，最多不会超过120。轴承加热后迅速取出套装在轴颈上。若温度控制不当造成加热温度过高，则会使轴承产生回火而致硬度降低，运行中轴承就易磨损、剥落、甚至开裂。    装配时间隙调整不当 ：滚动轴承的间隙分为径向间隙和轴向间隙，其功用是保证滚动体的正常运转和润滑以及补偿热伸长。     对于间隙可调整的轴承而言，因

21、其轴向间隙和径向间隙之间有正比例的关系，所以安装是只要调整好轴向间隙就可获得所需的径向间隙，而切它们一般都是成对使用的（即装在轴的两端或一端），因此，只需要调整一只轴承的轴向间隙即可。一般用垫片调整轴向间隙，有的也可用螺钉或止推环调整。      对于间隙不可调整的滚动轴承，因其径向间隙在制造时就已按标准确定好了，不能进行调整，此类轴承装在轴径上或轴承座孔内之后，实际的径向间隙称为装配径向间隙，装配时要使装配径向间隙的大小恰好能在运转中造成必要的工作径向间隙，以保证轴承灵活转动。此类轴承在工作时，由于轴在温度升高时受热伸长而使其内处座

22、圈发生相对位移，从而使轴承的径向间隙减少，甚至使滚动体在内外座圈间卡住。若将双支承滚动轴承中的一个轴承（另一个轴承固定在轴上和轴承座中）和侧盖间留出轴向间隙，可避免上述现象。6 高压电机滚动轴承的故障原因分析及处理 某电厂总装机容量4×1000姗，每台机组配置两台送风机，正常情况下两台送风机全部处于运行状态，如果运行中有一台送风机跳闸则机组需降低一半负荷方可继续运行。送风机电机的具体技术参数如下表所示：2） 故障现象2010年2月21日22 07，#4机组佃送风机负荷侧轴承温度波动，最高到70，就地测量与盘E温度相近；现场增设临时冷却M扇进行冷却后温度稳定在50左右，2月22日21:

23、464B送风机电机负荷侧轴承温度上升至80，持续16分钟后突升至127(如图l所示)，4B送风机电机轴承温度商保护动作跳例，佃引风帆联跳，机组RB动作证常负荷由620 Mw降至500Mw。现场对4B送M机进行检查，对电机定转子进行各项试验均正常，检查负荷侧轴承发舶轴承保持架已经断裂，部分轴承滚于脱落(如图2、3所示)，立即组织人员对4B送风机负荷侧轴承进行更换井于23日晚上8时更换完毕，电动机试运轴承温度稳定32，4B送风机重新投入运行。3） 轴承损坏原因分析3.1）滚动轴承结构分析滚动轴承足将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，一般由内圈、外圈、滚

24、动体和保持架组成(如圈4所示)，滚动轴承的正常工作对电动机能否获得良好的使用性能、延长使用寿命、提高使用效率都有着十分重要的作用。该电厂4B送风机负荷侧轴承型号为23044ccc3w33(双列调心滚子轴承，保持架采用黄铜车削制成，游隙为c3级，外圈有油槽和3个油孔)，该种轴承内圈有双列滚道，外圈滚道设计为球面滚道，滚子为鼓形的轴承，外圈滚道面中心与轴承中心一致，具有自动调心性能，此粪轴承径向负荷能力大，亦能承受重大荷重及冲击负荷，而且因为具有自动调心性能，在某种程度上能承受两个方向的轴向负荷(图5所示)。3. 2）轴承损坏原因分析电机运行中轴承异常升高从而造成轴承保持架损坏的原因主要有以下几个

25、方面：轴承缺油、润滑不良、轴承承受异常载荷、轴承装配工艺存在问题、外来异物入侵轴承、轴本身质量存在问题等等。下面对每个原因进行逐个分析。3.2.1） 轴承缺油润滑不良 润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使轴承的工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架进入异常载荷，有可能造成保持架断裂。如果是由于轴承缺油造成的话则双列调心轴承的内外圈磨损程度应大体一致，现场从损坏的轴承看，轴承内外圈中靠近电机侧明显磨损严重，故轴承缺油应不是造成轴承损坏的主要原因。3.2.2）轴承承受异常载荷送风机负荷侧轴承为双列滚柱轴承，即有两排滚柱，从更换下来的电动机轴承磨损情况看，靠近

26、风机侧基本完好、靠电动机侧轴承弹夹断裂，滚柱变形或脱落。对损坏轴承的内外圈进行检查发现内外圈有明显的磨损痕迹。由此可以判断轴承运行时受到了异常载荷的影响导致靠近电动机侧滚珠不在预定轨道上滚动，而在略靠向风机侧，该轴承内圈不是完整的一个平面，中间最高，两侧略低，当滚柱不在正常位置滚动时，必然会使两排滚柱中的一排向内圈中心移动，而滚柱越靠向轴承内圈，其间隙将越小，滚柱受的力也将越大，因而使轴承发热。从取出的滚柱看，损坏侧的滚柱长度明显长与另一侧的（如图7所示），从图上可以看出滚柱在受力后开始变形，当变形的程度对轴承保持架产生胀力时，保持架将被强行撑开，最终引起轴承一侧保持架损坏，滚柱变形或脱落。综

27、合以上分析可以确定轴承承受异常载荷时造成电机轴承损坏的主要原因 。.33.2.3 ） 轴承装配工艺存在问题 轴承的装配在安装场地、安装工具、轴承的清洗、轴承的加热及安装等均有严格的规定，某一个环节如果存在问题均可能造成轴承在运行中温度的异常升高甚至损坏，该电机于2009年11月机组B级检修期间更换了新轴承，在更换轴承的过程中如果发生安装不到位或工艺不规范等情况就极易发生电机轴承过热等缺陷，由于现场轴承损坏严重，已经无法判断原先的轴承装配工艺是否存在问题，但装配工艺方面的不足应是造成本次缺陷的潜在因素之一。3.3.4）外来异物侵入轴承是一种精密的机械零部件，在运行的过程中如果有异物进入则可能会进

28、入原本就很小的轴承游隙、轴承滚动体之间或滚动体和保持架之间的缝隙内，轴承在高速的运转之下进入轴承的异物就会很容易造成滚动体之间和保持架的磨损，从而产生异常的附加载荷，在此载荷的长时间作用下轴承的温度会异常升高并最终导致保持架断裂。从现场对损坏轴承的解体检查来看，存在的异物均是轴承滚子和保持架磨损导致的金属颗粒，未发现其他的外来异物，故外来异物不是造成轴承损坏的主要原因。3.2.5）轴承质量差轴承是电动机能够正常运行的重要部件之一，如果轴承质量较差的话则会对电动机的正常运行带来极大的隐患。将现场损坏轴承残留部件交由SKF厂家进行检查后未发现轴承的质量存在问题。3.3.）轴承异常载荷分析 综合以上各项原因分析可以判断造成送风机轴承过热，保持架断裂的主要原因是由于轴承遭受了异常载荷引起的，而异常载荷是如何引起的呢？为了弄清楚原因在4B送风机电机抢修结束投运后我们持续对电机的振动值进行监测，并将监测的振动值和4A送风机进行对比并统计如下表所示：从表中可以发现4B送风机电机驱动端的轴向振动无论从横向或纵向进行比较均明显较水平和垂直的振动值偏大，可以判断电机在轴向上承受了异常载荷，而异常载荷可以分为外来异常载荷和内部异常载荷，为了确定所承受异常载荷的类型我们使用SKF专用轴