旋转机械的振动监测与诊断二

旋转机械的振动监测与诊断滚动轴承的振动诊断方法主要内容：1.旋转机械的振动及故障概论2.旋转机械故障的诊断信息的表达和分析3.旋转机械故障的简易诊断方法4.旋转机械故障的精密诊断及典型故障分析5.滚动轴承的振动诊断方法6.齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法7.其他分析方法简介第五节、滚动轴承的振动诊断方法5.1滚动轴承的失效与振动测定5.1.1滚动轴承的失效形式滚动轴承在运行过程中，由于装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能使轴承过早损坏。即使不出现上述情况，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。总之，滚动轴承的损伤形式是十分复杂的。表5-1为滚动轴承的主要损伤形式及产生原因。损伤形式损伤原因损伤特征损伤结果疲劳①轴向载荷过大②轴向载荷过大，对中不良，润滑不良③保持架的圆度误差太大④装配不当，对中不良，轴弯曲⑤轴、保持架精度不高⑥安装时冲击载荷过大，圆柱滚子轴承的装配过盈量太大①向心轴承的滚道仅一侧表面剥落②双列轴承的表面仅一侧表面剥落③滚动体及滚道接触边缘剥落④滚动体的圆周方向在对称位置上有剥落⑤滚子轴承的疾驰道和滚动体靠近端部外表面产生剥落⑥受力表面较大面积压光和微观剥落使滚动体或滚道表面产生剥落坑，并向大片剥落发展，导致轴承失效胶合①润滑不良，润滑脂过硬，启动时加速度太大②滚道面不平行，转速过高③润滑不良,装配不当,轴向载荷过大①滚道面和滚动体表面出现胶合②深沟球轴承的滚道面出现螺旋状胶合③滚子端面和挡边外出现胶合导致表面烧伤，并使金属从一个表面粘附到另一表面表5-1滚动轴承的主要损伤形式及产生原因磨损①运输中轴承受到振幅很小的摇摆运动作用②配合面间有微小间隙造成的滑动磨损③异物落入，润滑不良，对中不良，装配不当①类似静压痕②在配合面上出现红褐色磨损粉末的局部磨损③滚道面、滚动体面、凸缘面、保护架等磨损④圆锥滚子轴承挡边磨损过大损伤轴承，降低轴承运转精度腐蚀①轴承内部配合面等锈蚀②滚动面上出现模板状凸凹③表面红色或黑色的锈斑①空气中水分的凝结，腐蚀性介质侵入②电流通过产生电火花熔化③微振，装配不当表面由于电流、化学和机械作用产生损伤，丧失精度而不能继续工作破损①冲击载荷过大，装配不当，胶合发展②冲击载荷，热处理不当，装配不当，胶合发展③对中不良，装配不当，润滑不良，异常载荷，转速过快，异物进入①外环或内环产生裂纹②滚动体产生裂纹③保持架断裂导致产生裂纹，断裂，使轴承失效5.1.2滚动轴承的振动测定1.测定部位测定部位选择的基本思路是选择在离轴承最近、最能反映轴承振动的位置上。一般讲，若轴承座是外露的，测点位置可直接选在轴承座上；若轴承座是非外露的，测点应选择在轴承座刚性较好的部分或基础上。同时，应在测点处做好标记，以保证不会由于测点部位的不同而导致测量值的差异。由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特性，因此一般情况下都应按图5-1所示那样在水平（x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行检测。2.测定参数根据滚动轴承的固有特性、制造条件、使用情况的不同，它所引起的振动可能是频率为1kHz以下的低频脉动，也可能是频率为1kHz以上，数千赫乃至数十千赫的高频振动，更多的情况是同时包含了上述两种振动成分。因此，通常检测的振动速度和加速度分别覆盖了上述的两个频带，必要时可用滤波器取出需要的频率成分。如果是在较宽的频带上检测振动级，则对于要求低频振动小的轴承检测振动速度，而对于要求高频振动小的轴承检测振动加速度。3.测定周期

滚动轴承的振动检测可分为：

A定期检测对于定期检测，为了早期发现轴承故障，以免故障迅速发展到严重的程度，检测的周期应尽可能短一些。但如果检测周期定得过短，则在经济上可能是不合理的。因此，应综合考虑技术上的需要和经济上的合理性来确定合理的检测周期。

B连续在线监测连续在线监测主要适用于重要场合或由于工况恶劣不易靠近滚动轴承的场合，以及滚动轴承加速劣化的阶段，相应的监测仪器较定期检测的仪器要复杂，成本也要高些。5.2滚滚动轴承承的振动机机理5.2.1滚动轴承承振动的基基本参数1.滚动轴轴承的结构构滚动轴承是是由内圈、、外圈、滚滚动体和保保持架四部部分组成。。图5-2为滚动轴轴承的结构构简图。2.滚动轴轴承的固有有振动频率率滚动轴承在在运行过程程中，由于于滚动体与与内圈或外外圈冲击而而产生振动动，这时的的振动频率率为轴承各各部分的固固有频率。。固有振动中中，外圈的的振动表现现最明显，，计算内圈圈及外圈的的固有振动动频率时，，将它们看看作为矩形形截面的圆圆环，故可可用如下近近似公式：：E—材料的的弹性模量量I——圆环中性性轴截面二二次矩——材材料密度A—圆环的的截面积D圆环中性性轴直径n——变形波的的节线数5.2.2滚动动轴承的振振动特征1.滚动轴轴承的振动动形式引引起滚滚动轴承振振动的原因因很多，除除了其本身身的固有振振动以外还还包括以下下振动：（1）轴承承构造引起起的振动图图5-3所示的的轴承，随随滚动体位位置不同，，其承载状状态也不断断变化，这这将导致内内、外圈和和滚动体产产生弹性变变形而引起起振动。（2）滚动动体的非线线性伴生振振动滚动轴承靠靠滚道与滚滚动体的弹弹性接触来来承受载荷荷，具有一一定的弹性性，其刚性性很高；当当轴承润滑滑不良时，，就会出现现非线性的的特性，如如图5-4所示，从从而产生非非线性振动动。（3）由于于精加工波波纹引起的的振动若加工制造造时，在滚滚道或滚动动体上留有有如图5-5所示的的加工波纹纹，那么当当凸起数目目达到一定定量值时，，会产生特特有的振动动。(4)滚动动轴承的损损伤引起的的振动当轴承损伤伤时，如图图5-6所所示内圈点点蚀，就会会引起相应应的冲击振振动。(三)滚动动轴承的故故障诊断方方法滚动轴承的的故障诊断方方法振动信号分分析诊断声发射诊断断油液分析诊诊断光纤监测诊诊断其中，振动动信号分析析诊断方法法最为常用用。5.3.1振动信号号分析诊断断滚动轴承的的振动信号号分析故障障诊断方法法可分为：（1）简易易诊断法简易诊断的的目的是初初步判断被被列为诊断断对象的滚滚动轴承是是否出现了了故障。（2）精密密诊断法精密诊断的的目的是要要判断在简简易诊断中中被认为是是出现了故故障的轴承承的类别及及故障原因因。用于滚动轴轴承简易诊诊断的判定定标准可大大致分为三三种：⑴绝对判定定标准是用于判断断实测振值值是否超限限的绝对量量值。⑵相对判定定标准是对轴承的的同一部位位定期进行行振动检测测，并按时时间先后进进行比较，，以轴承无无故障情况况下的振值值为基准，，根据实测测振值与该该基准振值值之比来进进行判断的的标准。⑶类比判定定标准是对若干同同一型号的的轴承在相相同的条件件下在同一一部位进行行振动检测测，并将振振值相互比比较进行判判断的标准准。注：绝对判定标标准是在规规定的检测测方法的基基础上制定定的标准，，因此必须须注意其适适用频率范范围，并且且必须按规规定的方法法进行振动动检测。适适用于所有有轴承的绝绝对判定标标准是不存存在的，因因此一般都都是兼用绝绝对判定标标准、相对对判定标准准和类比判判定标准。。这样才能能获得准确确、可靠的的诊断结果果。（一）振动动信号简易易诊断法有有以下几种种：A振幅幅值诊断法法这里所说的的振幅值指指峰值均均值（（对于简谐谐振动为半半个周期内内的平均值值，对于轴轴承冲击振振动为经绝绝对值处理理后的平均均值）以及及均方根值值(有效值值)。诊断的。峰峰值反映的的是某时刻刻振幅的最最大值，因因而它适用用于象表面面点蚀损伤伤之类的具具有瞬时冲冲击的故障障诊断。另另外，对于于转速较低低的情况，，也常采用用峰值进行行诊断。均均值用于诊诊断的效果果与峰值基基本一样，，其优点是是检测值较较峰值稳定定，但一般般用于转速速较高的情情况。均方方根值是对对时间平均均的，因而而它适用于于像磨损之之类的振幅幅值随时间间缓缓变化化的故障诊诊断。B波形因因数诊断法法波型因数定定义为峰值值与均值之之比。该值值也是用于于滚动轴承承简易诊断断的有效指指标之一。。如图5-7所示，当当值值过过大时，表表明滚动轴轴承可能有有点蚀，而而值值过小时时，则有可可能发生了了磨损。C概率率密度诊断断法无故障滚动动轴承的振振幅的概率率密度曲线线是典型的的正态分布布曲线；而而一旦出现现故障，则则概率密度度曲线可能能出现偏斜斜或分散的的现象。D峭度度系数诊断断法峭度定定义为为归一化的的4阶中心心矩，即式式中—振幅均值值；—标准差。。x—瞬时振振幅P(x)——概率密度度；峭度系数诊诊断法的优点：在于与轴承承的转速、、尺寸和载载荷无关，，主要适用用于点蚀类类故障的诊诊断。E冲击脉脉冲法（SPM法））冲击脉冲法法（ShockPulseMethod））的原理是是，滚动轴轴承运行中中有缺陷（（如疲劳剥剥落、裂纹纹、磨损和和混入杂物物）时，就就会发生冲冲击，引起起脉冲性振振动。由于于阻尼的作作用，脉冲冲性振动是是一种衰减减性振动，，因而冲击击脉冲的强强弱反映了了故障的程程度。当滚动轴承承无损伤或或有极微小小损伤时，，脉冲值（（dB值））很小；随随着故障的的发展，脉脉冲值逐渐渐增大。当当冲击能量量达到初始始值的1000倍（（60dB）时，就就认为该轴轴承的寿命命已经结束束。当轴承承工作表面面出现损伤伤时，所产产生的实际际脉冲值用用表表示，，它与初始始脉冲值之之差称称为标准冲冲击能量﹣﹦根据值值可以将将轴承的工工作状态分分为三个区区域进行诊诊断。(二)滚滚动轴承承故障的精精密诊断法法通过对滚动动轴承实施施简易诊断断发现有故故障后，应应进一步对对其进行精精密诊断，，即通过振振动信号的的频率分析析，以判明明故障的类类别和原因因。常用的精密密诊断方法法有：A低频频信号分析析法B中、、高频信号号绝对值分分析法5.3.2声发发射诊断当固体受到到力作用时时，由于内内部缺陷的的存在，会会产生应力力集中，使使塑性变形形加大或形形成裂纹与与扩展，这这时均要释释放弹性波波。这种现现象称声发射（AcousticEmission,缩写写AE）。。由于滚动轴轴承