中心论文滚动轴承的故障机理及诊断002课件

朱荣乾杨涛刘光勇陈建宇

滚动轴承的故障机理及诊断朱荣乾杨涛刘光勇陈建宇

中国石油吐哈油田公司技术监测中心滚动轴承的故障机理及诊断摘要：本文介绍了滚动轴承的故障类型和发展历程，轴承故障频率的计算公式和包络分析的原理，并通过实例介绍了滚动轴承的诊断方法。关键词：轴承；故障；诊断；包络

振动加速度信号的波峰因数是指时域波形的峰值与均方根值之比，这种方法只适用于轴承点蚀故障的诊断；冲击脉冲技术(ShockPulseMethod)是瑞典SKF公司多年对轴承故障机理研究的基础上发明的，它依据滚动轴承在出现疲劳剥落、裂纹、磨损时产生的脉冲性振动强弱判断轴承故障，这种方法受使用者经验、设备干扰因素影响较大。美国Entek-IRD公司的峰值能量(SpikeEnergy)技术通过检测高频振动的尖峰诊断轴承的故障；CSI公司的PeakVue技术通过检测轴承产生的应力波诊断轴承故障，对低速轴承故障信号也有良好的响应；这两种技术诊断准确，但是仪器价格偏高。包络分析是采用共振解调技术诊断滚动轴承故障，应用广泛，效果也不错，许多监测仪器采用这一技术。一、引言二、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。⒈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。⒉磨损

长时间运转使轴承的内外滚道和滚动体表面不可避免地产生磨损，持续地磨损使轴承间隙增大，振动和噪声增加。润滑不良和硬质颗粒进入滚道会加速轴承的磨损。⒊断裂当轴承所受载荷、振动过大时，内外圈的缺陷位置在滚动体的反复冲击下，缺陷逐步扩展而断裂。⒋锈蚀

水分或酸、碱性物质直接侵入会引起轴承锈蚀。当轴承内部有轴电流通过时，在滚道和滚动体的接触点处引起电火花而产生电蚀，在表面上形成搓板状的凹凸不平。二、滚动轴承的故障形式⒌擦伤

由于轴承内外滚道和滚动体接触表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面受力不均，在润滑不良、高速重载工况下，因局部摩擦产生的热量造成接触面局部变形和摩擦焊合，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂。二、滚动轴承的故障形式

第三阶段：轴承故障频率的谐波开始出现，边频带数目逐渐增多。谐波有时会比基频更早被发现。峰值能量gSE、应力波PeakVue、包络谱ESP、冲击脉冲SPM所测故障频率幅值显著升高。加速度频谱图上也可能观察到轴承故障的高次谐波。此时需要停机检修。

第四阶段：在加速度和速度频谱图上均能看到轴承故障频率的基频和高次谐波，并伴随有转速频率的边频带，各种手段所测频谱图的基底噪音水平升高，继而轴承故障频率开始消失被随机振动或噪音代替。能明显听到故障轴承产生的噪声。此时轴承已处于危险状态。三、轴承故障的发展历程

有时难以测量轴承的几何尺寸，在知道滚动体数目的情况下，可以用以下公式估算轴承的故障频率：内环：外环：滚动体：保持架：对于滚动体数目在6～12个的轴承，误差较小。四、轴承故障频率计算

六、测试分析方法

1、传感器放置滚动轴承的故障检测主要采用加速度传感器，电涡流位移传感器和磁电式速度传感器不适用于滚动轴承的故障检测。加速度传感器的固定方法通常有双头螺栓、磁座、探针。以Entek-IRD公司的970i传感器为例，在安放稳固的情况下，双头螺栓的安装谐振频率大约在27KHz附近，磁座安装的谐振频率约在7KHz附近，探针安装的谐振频率大约在1.6KHz附近。前两种安装方式都适用滚动轴承的故障检测，探针安装方式不但谐振频率低，而且对高频振动衰减较大，不适宜滚动轴承故障的检测。

加速度传感器一般安装在轴承承受载荷的方向，对于水平放置联轴器传动的设备，传感器安放在轴承座下方；对于皮带传动的设备，传感器安放在两皮带轮连线方向轴承座内侧。在测试之前，一定要了解轴承座的结构，避免把轴承安放的轴承座空腔处，这样轴承的高频信号衰减很大。采用磁座方装方式，需清理掉不平或过厚的油漆。六、测试分析方法

⒉测试参数选取带通滤波器的中心频率应选在传感器安装谐振频率的中心，谐振频率通过现场测试确定，图1所示是磁座安装的加速度传感器的谐振频率，上限频率选在10KHz之上。包络谱的谱线数一般选800条或1600条，谱线数多则频率分辨率好。⒊判断标准转速对轴承包络谱幅值的影响很大，转速越高，幅值越大。因此，不同转速的轴承，其判断标准也是不同的。最好的判断标准，是对同一类设备，在相同工况下，比较其包络谱幅值；或者同一台设备，不同时段的包络谱幅值趋势。六、测试分析方法

图1、传感器的安装谐振频率4.轴承故障分析图2是一台三柱塞注水泵轴承的包络谱。泵转速335rpm，排出压力25MPa，流量16m3/h，驱动电机功率132KW，电机转速985rpm，电机与泵通过皮带传动。泵轴承为双排球面滚子轴承，型号22330。根据轴承尺寸计算的轴承故障频率如下：内圈故障频率BPIR=49.6Hz

外圈故障频率BPOR=34.2Hz

滚动体BSF=14.7Hz

保持架FTF=2.3Hz

曲轴转频f0=335rpm/60s=5.58Hz六、测试分析方法

图2、故障轴承的包络谱

停泵检查发现，轴承外侧内圈滚道已