轴承的故障诊断

轴承的故障诊断

绪言轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故障诊断技术的重要内容。旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占30%。轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质量外，轴承的安装及装配质量影响很大。滚动轴承的失效形式

疲劳点蚀:因受滚动压应力磨损:因受压力又有与内外座圈的相对滑动腐蚀:润滑油中的水分几其它化学物质产生锈蚀裂纹:由于磨削或淬火时作用而产生磨粒磨损:由于磨屑作用而磨损滚动轴承的振动

一、随机振动由于滚动元件的不圆度及表面的粗糙度引起；又由于轴承工作，使不圆度及表面粗糙度增大。二滚动轴承各元件的谐振受机器的各种振动的激励而引起1.

钢球的谐振频率FBRfbr=0.848/2r*(E/2ρ)1/2E—弹性模量N/m2P—滚动元件材料密度kg/m3R—滚动元件半径m2.

轴承座圈谐振频率FRRFrr=K*(K2–1)*a-2(

EI／M)-2a—回转轴线到中性轴半径mK—共振阶数I—座圈绕中性轴的惯性矩m4M—座圈的单位长度的质量kg/m三滚动体具有缺陷后的振动1.

内圈有剥落fi=fo/2(1+dcosβ/D)Z2.

外圈有剥落fo=fo/2(1+dcosβ/D)Z3.

滚动体剥落fb=Dfo/d[1-(d/D)²cos²β]4.

保持架有故障fc=fo/2(1-dcosβ)mFo—轴承转频率Z—滚珠个数d—滚珠直径（参阅左图）D—轴承滚道节径β—接触角m—断裂数*注：不论元件上剥落坑有多少，频率不变。四.裂纹的扩展

裂纹的产生及在受载工作中继续扩展，不但会引起振动，而且能量不会以声发射形式释放出来。五轴承各种振动在频谱中的位置

Ⅰ—各种故障频率范围Ⅱ—共振频率范围Ⅲ—声发射范围

轴承监测与故障诊断方法

1.

振动测试2.

噪声测试3.

温度测定4.

油液分析（磨屑分析）5.

轴承间隙测定6.

油膜电阻测定振动（噪声）频谱分析法经时域多段平均处理后

50HZ——轴频36.1HZ——保持架通过频率200.91HZ——外圈通过频率380HZ——滚动体通过频率倒频谱分析法

正常滚动轴承的倒频谱分析图

有故障滚动轴承频谱图有故障滚动轴承的倒频谱分析图特征值

q1—9.470MS（105.60HZ）——滚珠故障频率q2—37.90MS（26.39HZ）——内圈故障频率三、SPM（SHOCKPULSEMETHOD）和IFD（INCIPIENTFAILUREDETECTION）法原理：对故障所引起的低频（通常是数KHZ以内）的冲击脉冲激起了高频（数十倍于冲击频率）共振波形进行包络、检波、低通滤波（即解调）获得一个对应于低频冲击的而又放大并展宽的共振解调波形。共振解调波的优点：

1）剔除了低频振动干扰2）含有未知的故障信息（即S/N↑）对于共振解调波后续处理方法不同，可分为SPM及IFD法2.

SPM法

它是应用共振解调波的幅值来进行诊断。共振解调波通过峰值检波、平均、保持、测得冲击量值SV。再用一经验公式获得均一化冲击量值DBN=20log＊2000＊SV／n＊Dº.6

0dB正常状态显示在绿框20

dB

不好状态显示在黄框35dB

坏的状态显示在红框3.

IFD法

该法既应用共振解调波的幅值又利用它的频率信息，即对共振解调波进行FFT后做频谱分析，寻找上节中提到的轴承各元件故障对应的频率。四、振动的简易诊断法

可用简易的测振仪来获得轴承工况的信息。可用多种参数，如波峰因素、峭度、歪度等。

五、接触电阻法

实例1）某变速箱输出轴后轴承（型号50309）滚动体外圈上有点蚀测试时频域信号

实例：1、某变速箱输出轴后轴承（型号为50309）滚动体外圈有点蚀，测试时发现：时域信号出现调制峰群

输入轴转速为1484rpm时：2258.3Hz为外圈共振频率调制频率：34.47Hz外圈故障23.06Hz滚珠故障2同一减速机另一次测振时结果中间轴轴承（型号50308）

1）、2258.3Hz为外圈共振频率2）、34.32Hz为外圈故障通过频率3）、53.1Hz为内圈故障通过频率滑动轴承故障及其诊断一.滑动轴承的故障

1.

润滑不良2.

间隙不当（间隙过大，间隙过小）3.

轴瓦碰摩二.润滑不良引起的振动

1.半速涡动ωj=ω/2ω—轴角频率

ωj—轴径中心O’

绕轴承中心旋转角频率，方向同。一般ωj≤

ω/22.油膜振荡当转子转速升高到第一临界转速两倍时，而ωj=ω/2=ωr，此时会产生激烈振动，振幅突然升高。

ωr—谐振角频率3.油液不结会引起运转不稳指轴与轴瓦间不能形成稳定油膜来支撑转子运转。三.滑动轴承轴瓦间隙不当引起的振动。1.

间隙过小——不能形成稳定的油膜层，有小的高频的振动，间有低频振动。*可以通过瓦温与回油温度即可判别。2.

间隙过大——主振频率为轴频Fo（与不平衡及平行不对中故障类似）径向振动大。3.

*不同处：A）单一方向定向振动（松动是上下的）B）振动随负荷增大而增大C）降低油温回有好转D）频谱图上会出现高信频率成分四.滑动轴承轴瓦碰摩引起振动

1.

产生高频和分频成分，但不是线性，幅值不稳定2.

与纯间隙不当的振动，频谱更丰富（包括高、低频）3.

碰摩愈重，1/2分频越突出五.实例

1.

空压机额定转速7560r/min，额定功率4170kW，五块可倾径向轴承。问题：从7000r/min提升7050r/min，压缩机两端产生振动，主频在1/3Fo，即使再降低转速每明显好转。空压机结构及测点布置处理：把油温降低50C反应：振动值下降从160μm降至150μm，主频转为Fo判定：由于油膜不洁而不稳定，引起轴瓦和轴径干摩擦，润滑不良维修：把油过滤除去油中杂质及水分效果：一切正常2.

空压机额定功率2500kW，额定转速8290r/min，五块可倾径向轴承

图：振动故障频谱图

问题：开车后发生间隔2小时的间歇振动，且振动循环周期越来越短，603ch达满量程，主导频率为轴频F0，体现定向振动最后只得降负荷降转速运转。判定：轴瓦间隙不当（过大）3.

富氧压缩机额定转速12552r/min问题：汽轮机靠联轴节端9号瓦振动偏高空气压缩机组结构图

机组故障频谱图（9瓦垂直）

分析及处理：在谱图上除F0处有来窗的2.3……高倍频成分随负荷增大，振动值明显增大判定：轴瓦间隙过大解体观察：9号轴瓦轴承座下面固定螺栓松脱，造成轴瓦松动，使间隙偏大4.

循环机压缩机